JP2005141997A - リチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法 - Google Patents
リチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005141997A JP2005141997A JP2003376249A JP2003376249A JP2005141997A JP 2005141997 A JP2005141997 A JP 2005141997A JP 2003376249 A JP2003376249 A JP 2003376249A JP 2003376249 A JP2003376249 A JP 2003376249A JP 2005141997 A JP2005141997 A JP 2005141997A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- potassium
- iron disulfide
- lithium
- weight
- primary battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y02E60/12—
Landscapes
- Primary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【課題】 リチウム/二硫化鉄一次電池の保存時における開路電圧上昇を抑制できるようにする。
【解決手段】 リチウム/二硫化鉄一次電池は、正極集電体上に正極合剤層が形成されてなる正極2と、リチウムを負極活物質とする負極3と、電解液とを備える。正極合剤層は、活物質である二硫化鉄および添加剤であるハロゲン化カリウムを少なくとも含有する。これにより、リチウム/二硫化鉄一次電池の保存時における開路電圧上昇を抑制することができ、長期保存後においても1.5V級一次電池などとの互換性を保持することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 リチウム/二硫化鉄一次電池は、正極集電体上に正極合剤層が形成されてなる正極2と、リチウムを負極活物質とする負極3と、電解液とを備える。正極合剤層は、活物質である二硫化鉄および添加剤であるハロゲン化カリウムを少なくとも含有する。これにより、リチウム/二硫化鉄一次電池の保存時における開路電圧上昇を抑制することができ、長期保存後においても1.5V級一次電池などとの互換性を保持することができる。
【選択図】 図1
Description
この発明は、二硫化鉄を正極活物質とする正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、電解液とを備えるリチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法に関する。
現在、市販されている1.5V級一次電池には、水溶液を電解液に用いるマンガン電池、アルカリマンガン電池、酸化銀電池、空気電池、ニッケル/亜鉛電池、および有機溶媒を電解液に用いるリチウム/二硫化鉄一次電池などがある。
これらの電池の中でも、リチウム/二硫化鉄一次電池は、近年、特に注目されている電池である。このリチウム/二硫化鉄一次電池は、高い理論容量を示す材料から構成されている。すなわち、正極活物質として用いられる二硫化鉄、負極活物質として用いられるリチウムは、それぞれ、約894mAh/g、約3863mAh/gの理論容量を有する。また、リチウム/二硫化鉄一次電池は、電池が高容量であるばかりではなく、負荷特性、低温特性といった電池特性の面においても優れた特性を有しており、他の1.5V級一次電池とは一線を隔する、極めて優れた電池である。
ところで、このリチウム/二硫化鉄一次電池では、初期の開路電圧(OCV)は1.7〜1.8V付近であり、平均放電電圧は1.3〜1.6V付近である。このため、リチウム/二硫化鉄一次電池は、他の1.5V級一次電池と互換性を有する、つまり、他の1.5V級一次電池を使用可能な機器であれば、リチウム/二硫化鉄一次電池も使用することができる。
しかしながら、リチウム/二硫化鉄一次電池では、長期間の保存により、電池の開路電圧が次第に上昇し、場合によっては2Vを超えてしまうという欠点を有している。電池の開路電圧が上昇した状態で機器に使用した場合には、機器側の保護回路により電源が入らない、つまり他の1.5V級一次電池との互換性が失われてしまう、といった問題が生じてしまう。
この問題を解決すべく、よう化カリウム、トリフルオロメタンスルホン酸カリウムといったカリウム塩を電解液溶媒中に添加することにより、長期保存による開路電圧の上昇を抑制することができる電池が提案されている(特許文献1参照)。これらの添加剤は、正極活物質に対して何らかの作用を及ぼすものと考えられている。
特表平11−507761号公報
しかしながら、上述の電池では、カリウム塩に対する電解液の溶解力が非常に小さいため、カリウム塩を極微量(0.001〜0.05mol/l)しか電解液中に添加することができない。そのため、カリウム塩の添加によって、十分な抑制効果を得ることができない。
したがって、この発明の目的は、保存時における開路電圧の上昇を抑制することができるリチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、第1の発明は、二硫化鉄を正極活物質とする正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、電解液とを備えるリチウム/二硫化鉄一次電池において、
正極中にハロゲン化カリウムが添加されていることを特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池である。
正極中にハロゲン化カリウムが添加されていることを特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池である。
第2の発明は、二硫化鉄を正極活物質とする正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、電解液とを備えるリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法において、
二硫化鉄およびハロゲン化カリウムを少なくとも含有する正極合剤を作製する工程と、
正極合剤を正極集電体上に塗布して正極合剤層を形成する工程と
を備えることを特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法である。
二硫化鉄およびハロゲン化カリウムを少なくとも含有する正極合剤を作製する工程と、
正極合剤を正極集電体上に塗布して正極合剤層を形成する工程と
を備えることを特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法である。
この発明によれば、リチウム/二硫化鉄一次電池が、二硫化鉄を正極活物質とする正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、電解液とを備え、正極中にはハロゲン化カリウムが添加されているため、リチウム/二硫化鉄一次電池の保存時における開路電圧の上昇を抑制することができる。
以上説明したように、この発明によれば、リチウム/二硫化鉄一次電池の保存時における開路電圧の上昇を抑制することができ、これにより、高品質なリチウム/二硫化鉄一次電池を実現することができる。
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図1に、この発明の一実施形態によるリチウム/二硫化鉄一次電池の構成の一例を示す。このリチウム/二硫化鉄一次電池は、いわゆる円筒型と言われるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶1の内部に、巻回電極体13を有している。この巻回電極体13は、正極活物質を有する帯状の正極2と負極活物質を有する帯状の負極3とが、イオン透過性を有するセパレータ4を介して多数回巻回されてなる。
電池缶1は、例えばニッケルメッキが施された鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され、他端部が開放されている。また、電池缶1の内部には、巻回電極体13を挟み込むように周面に対して垂直に一対の絶縁板5,6がそれぞれ配置されている。
電池缶1の開放端部には、電池蓋7と、この電池蓋7の内側に設けられた安全弁8および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)9とが、封口ガスケット10を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶1の内部は密閉されている。電池蓋7は、例えば電池缶1と同様の材料により構成されている。安全弁8は、熱感抵抗素子9を介して電池蓋7と電気的に接続されており、内部短絡又は外部からの加熱等により電池の内圧が一定以上となった場合に電池蓋7と巻回電極体13との電気的接続を切断する、いわゆる電流遮断機構を備えている。熱感抵抗素子9は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構成されている。封口ガスケット10は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
巻回電極体13の正極2には、アルミニウム(Al)等よりなる正極リード11が接続されており、負極3にはニッケル等よりなる負極リード12が接続されている。正極リード11は、安全弁8に溶接されることにより電池蓋7と電気的に接続されている。負極リード12は電池缶1に溶接され電気的に接続されている。
また、正極2と負極3との間のセパレータ4には、非水電解質として例えば非水電解液が含浸されている。セパレータ4は、正極2と負極3との間に配されることによりこれらの物理的接触を防ぐとともに、孔中に非水電解液を保持すること、すなわちセパレータ4が非水電解液を吸収することにより、放電時にリチウムイオンを通過させるものである。
<正極2>
正極2は、帯状の形状を有する正極集電体と、この正極集電体の両面に形成された正極合剤層とからなる。正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔である。
正極2は、帯状の形状を有する正極集電体と、この正極集電体の両面に形成された正極合剤層とからなる。正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔である。
正極合剤層は、正極活物質である二硫化鉄と、添加剤であるハロゲン化カリウムと、導電剤と、結着剤とからなる。正極活物質である二硫化鉄は、主に自然界に存在する黄鉄鉱(pyrite)を粉砕したものが用いられるが、化学合成、例えば、塩化第一鉄(FeCl2)を硫化水素(H2S)中にて焼成して得られる二硫化鉄なども使用可能である。
添加されるハロゲン化カリウムは、ふっ化カリウム(KF)、塩化カリウム(KCl)、臭化カリウム(KBr)、よう化カリウム(KI)からなる群より選ばれた少なくとも1種以上である。具体的には、ハロゲン化カリウムは、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムまたはよう化カリウム、もしくは、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムおよびよう化カリウムからなる群より選ばれた2種以上である。
ハロゲン化カリウムとしてふっ化カリウムが用いられる場合には、ふっ化カリウムの添加量が、二硫化鉄とふっ化カリウムとの総重量に対して0.8重量%〜2.6重量%の範囲であることが好ましい。0.8重量%以下であると、保存時の開路電圧上昇を十分に抑制できなくなる。一方、2.6重量%より大きいと、電池の放電特性が著しく低下する。なお、使用するふっ化カリウムに関しては、正極合剤粉末と均一に分散している状態が好ましいので、粒子径が20μm以下のものを使用するのが好ましい。
ハロゲン化カリウムとして塩化カリウムが用いられる場合には、塩化カリウムの添加量が、二硫化鉄と塩化カリウムとの総重量に対して0.8重量%〜3.5重量%の範囲であることが好ましい。0.8重量%以下であると、保存時の開路電圧上昇を十分に抑制できなくなる。一方、3.5重量%より大きいと、電池の放電特性が著しく低下する。なお、使用する塩化カリウムに関しては、正極合剤粉末と均一に分散している状態が好ましいので、粒子径が20μm以下のものを使用するのが好ましい。
ハロゲン化カリウムとして臭化カリウムが用いられる場合には、臭化カリウムの添加量が、二硫化鉄と臭化カリウムとの総重量に対して0.8重量%〜5.2重量%の範囲であることが好ましい。0.8重量%以下であると、保存時の開路電圧上昇を十分に抑制できなくなる。一方、5.2重量%より大きいと、電池の放電特性が著しく低下する。なお、使用する臭化カリウムに関しては、正極合剤粉末と均一に分散している状態が好ましいので、粒子径が20μm以下のものを使用するのが好ましい。
ハロゲン化カリウムとしてよう化カリウムが用いられる場合には、よう化カリウムの添加量が、二硫化鉄とよう化カリウムとの総重量に対して0.8重量%〜7.0重量%の範囲であることが好ましい。0.8重量%以下であると、保存時の開路電圧上昇を十分に抑制できなくなる。一方、7.0重量%より大きいと、電池の放電特性が著しく低下する。なお、使用するよう化カリウムに関しては、正極合剤粉末と均一に分散している状態が好ましいので、粒子径が20μm以下のものを使用するのが好ましい。
ハロゲン化カリウムが、臭化カリウム、塩化カリウム、よう化カリウムおよびふっ化カリウムからなる群より選ばれた2種以上である場合には、添加剤であるハロゲン化カリウムの添加量を、以下の式(1)に示されるXの値が0.01〜0.05の範囲となるように規定することが好ましい。0.01未満であると、保存時の開路電圧上昇を十分に抑制できなくなる。一方、0.05より大きいと、電池の放電特性が著しく低下する。
X=A+B+C+D・・・(1)
A:KFの添加組成(重量%)÷KFの分子量
B:KClの添加組成(重量%)÷KClの分子量
C:KBrの添加組成(重量%)÷KBrの分子量
D:KIの添加組成(重量%)÷KIの分子量
KFの分子量:58.096
KClの分子量:74.551
KBrの分子量:119.002
KIの分子量:126.904
X=A+B+C+D・・・(1)
A:KFの添加組成(重量%)÷KFの分子量
B:KClの添加組成(重量%)÷KClの分子量
C:KBrの添加組成(重量%)÷KBrの分子量
D:KIの添加組成(重量%)÷KIの分子量
KFの分子量:58.096
KClの分子量:74.551
KBrの分子量:119.002
KIの分子量:126.904
導電剤は、正極活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はされず、例えば、グラファイト、カーボンブラックなどの炭素粉末が挙げられる。結着剤としては、公知の結着剤を用いることができ、例えばポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂が挙げられる。
<負極3>
負極3は、帯状の形状を有する金属箔からなる。この負極活物質でもある金属箔の材料としては、リチウム金属またはリチウムにアルミなどの合金元素を添加したリチウム合金などが挙げられる。
負極3は、帯状の形状を有する金属箔からなる。この負極活物質でもある金属箔の材料としては、リチウム金属またはリチウムにアルミなどの合金元素を添加したリチウム合金などが挙げられる。
<電解液>
電解液としては、電解質を有機溶媒に溶解させてなるものが用いられる。ここで有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、γ-ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等を単独もしくは二種類以上を混合して用いることができる。
電解液としては、電解質を有機溶媒に溶解させてなるものが用いられる。ここで有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、γ-ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等を単独もしくは二種類以上を混合して用いることができる。
電解質としては、リチウム塩が用いられる。このリチウム塩としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化りん酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)、よう化リチウム(LiI)等が挙げられる。
<セパレータ>
セパレータとしては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンといったポリオレフィン系の微多孔性フィルム等が使用可能である。
セパレータとしては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンといったポリオレフィン系の微多孔性フィルム等が使用可能である。
次に、この発明の一実施形態によるリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法について説明する。
まず、例えば、正極活物質、添加剤、結着剤および導電材料を混合して正極合剤を調整し、この正極合剤をN−メチル−2−プロリドンなどの溶剤に分散してペースト状の正極合剤スラリーとする。この正極合剤スラリーを正極集電体上に塗布して乾燥させた後、ローラプレス機などにより圧縮成型して正極合剤層を形成する。これにより、正極2が作製される。
まず、例えば、正極活物質、添加剤、結着剤および導電材料を混合して正極合剤を調整し、この正極合剤をN−メチル−2−プロリドンなどの溶剤に分散してペースト状の正極合剤スラリーとする。この正極合剤スラリーを正極集電体上に塗布して乾燥させた後、ローラプレス機などにより圧縮成型して正極合剤層を形成する。これにより、正極2が作製される。
次に、上述のようにして得られた帯状の正極2と、帯状の形状を有する負極3と、帯状の形状を有するセパレータ3とを、例えば正極2、セパレータ4、負極3、セパレータ4の順に積層し、長手方向に多数回巻き回して、巻回電極体13を作製する。
次に、底部に絶縁板6が予め挿入され、内側に例えばニッケルメッキが予め施され電池缶1に、巻回電極体13を収納する。そして、巻回型電極体の上面に絶縁板6を配設する。その後、負極3の集電をとるために、例えばニッケルからなる負極リード12の一端を負極3に取り付け、他端を電池缶1に溶接する。これにより、電池缶1は負極3と導通をもつことになり、非水電解質電池の外部負極となる。また、正極2の集電をとるために、例えばアルミニウムからなる正極リード11の一端を正極に取り付け、他端を安全弁8を介して電池蓋7と電気的に接続する。これにより、電池蓋7は正極2と導通をもつこととなり、非水電解質電池の外部正極となる。
そして、この電池缶1の中に電解質を有機溶媒に溶解させて調整した電解液を注入した後に、アスファルトを塗布したガスケット10を介して電池缶1をかしめる。これにより、電池蓋7が固定された円筒型の非水電解質二次電池が作製される。
この発明の一実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
リチウム/二硫化鉄一次電池は、正極集電体上に正極合剤層が形成されてなる正極2と、リチウムを負極活物質とする負極3と、有機溶媒に電解質を溶解させてなる電解液とを備える。そして、正極合剤層は、正極活物質である二硫化鉄および添加剤であるハロゲン化カリウムを少なくとも含有する。これにより、リチウム/二硫化鉄一次電池の保存時における開路電圧上昇を抑制することができる。よって、長期保存後においても、1.5V級一次電池などとの互換性を保持することができる。
リチウム/二硫化鉄一次電池は、正極集電体上に正極合剤層が形成されてなる正極2と、リチウムを負極活物質とする負極3と、有機溶媒に電解質を溶解させてなる電解液とを備える。そして、正極合剤層は、正極活物質である二硫化鉄および添加剤であるハロゲン化カリウムを少なくとも含有する。これにより、リチウム/二硫化鉄一次電池の保存時における開路電圧上昇を抑制することができる。よって、長期保存後においても、1.5V級一次電池などとの互換性を保持することができる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
はじめに、ふっ化カリウムの添加量を検討するための実施例について説明する。表1に、実施例1〜11および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池の組成を示す。
はじめに、ふっ化カリウムの添加量を検討するための実施例について説明する。表1に、実施例1〜11および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池の組成を示す。
<実施例1>
まず、正極活物質である二硫化鉄99.6重量%と、添加剤であるふっ化カリウム0.4重量%とを振動ミルにより混合した。そして、二硫化鉄およびふっ化カリウムの混合物95.0重量%と、導電剤である炭素粉末1.0重量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)4.0重量%を混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に十分に分散させて正極合剤スラリーとした。なお、正極活物質である二硫化鉄としては、同和鉱業株式会社製『HG−PPC#250』を使用した。また、炭素粉末としては、ライオン株式会社製『ケッチェンブラックEC(粉末状)』を使用した。
まず、正極活物質である二硫化鉄99.6重量%と、添加剤であるふっ化カリウム0.4重量%とを振動ミルにより混合した。そして、二硫化鉄およびふっ化カリウムの混合物95.0重量%と、導電剤である炭素粉末1.0重量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)4.0重量%を混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に十分に分散させて正極合剤スラリーとした。なお、正極活物質である二硫化鉄としては、同和鉱業株式会社製『HG−PPC#250』を使用した。また、炭素粉末としては、ライオン株式会社製『ケッチェンブラックEC(粉末状)』を使用した。
次に、正極合剤スラリーを正極集電体の両面に塗布し、温度120℃で2時間乾燥させてNMPを揮発させた後、一定圧力で圧縮成型して帯状の正極2を作製した。なお、正極集電体としては厚さ20μmの帯状のアルミニウム箔を用いた。また、二硫化鉄、ふっ化カリウム、炭素粉末およびポリフッ化ビニリデンからなる正極合剤の充填量は、1.75gであった。
次に、以上のようにして作製された帯状の正極2と、厚さ150μmの金属リチウム負極3とを、正極2、セパレータ4、負極3、セパレータ4の順に積層してから多数回巻回し、外径9mmの巻回電極体13を作製した。
次に、以上のようにして得られた巻回電極体13を、ニッケルメッキを施した鉄製の電池缶1に収納した。そして、巻回電極体13の上下両面に絶縁板5,6を配設し、アルミニウム製の正極リード11を正極集電体から導出して電池蓋7に、ニッケル製の負極リード12を負極集電体13から導出して電池缶1に溶接した。
次に、1,3−ジオキソラン(DOL)と1,2−ジメトキシエタン(DME)とが体積比2:1の割合で混合された混合溶媒に、モル濃度が1mol/lとなるように電解質であるよう化リチウム(LiI)を添加して電解液を作製した。そして、この電解液を、巻回電極体13が収納された電池缶1の中に注入した。
次に、アスファルトが表面に塗布された絶縁封口ガスケット10を介して電池缶1をかしめることにより、電流遮断機構を有する安全弁8、PTC素子9および電池蓋7を固定して電池内の気密性を保持させた。これにより、直径約10mm、高さ約44mmを有する円筒型のリチウム/二硫化鉄一次電池が作製された。
<実施例2>
二硫化鉄を99.4重量%、ふっ化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.4重量%、ふっ化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例3>
二硫化鉄を99.2重量%、ふっ化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.2重量%、ふっ化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例4>
二硫化鉄を99.0重量%、ふっ化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.0重量%、ふっ化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例5>
二硫化鉄を98.8重量%、ふっ化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.8重量%、ふっ化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例6>
二硫化鉄を98.5重量%、ふっ化カリウムを1.5重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.5重量%、ふっ化カリウムを1.5重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例7>
二硫化鉄を98.0重量%、ふっ化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.0重量%、ふっ化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例8>
二硫化鉄を97.6重量%、ふっ化カリウムを2.4重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を97.6重量%、ふっ化カリウムを2.4重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例9>
二硫化鉄を97.4重量%、ふっ化カリウムを2.6重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を97.4重量%、ふっ化カリウムを2.6重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例10>
二硫化鉄を97.2重量%、ふっ化カリウムを2.8重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を97.2重量%、ふっ化カリウムを2.8重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例11>
二硫化鉄を97.0重量%、ふっ化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<従来例>
二硫化鉄を100.0重量%、ふっ化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を97.0重量%、ふっ化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<従来例>
二硫化鉄を100.0重量%、ふっ化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
次に、上述のようにして得られた実施例1〜11および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で1.5時間(150mAh)の条件で予備放電した。リチウム/二硫化鉄電池系では作製直後の開路電圧は2V以上と高いため、上述のように予備放電と呼ばれる工程により電池容量の10%程度を放電させて電位を降下させるのが一般的である。
その後、丸1日(24時間)経過した後に、リチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で電池電圧が0.5Vになるまで本放電を行い、放電容量を測定した。表2および図2は、この放電容量の測定結果を示す。図2において、縦軸が放電容量(mAh)であり、横軸がふっ化カリウムの添加量(重量%)である。
また、予備放電後の実施例1〜11および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を室温(20℃)の環境下に1000時間保存した後、開路電圧を測定した。表3および図3に、この開路電圧の測定結果を示す。図3において、縦軸が開路電圧(V)であり、横軸がふっ化カリウムの添加量(重量%)である。
表2および図2より、正極合剤に添加されるふっ化カリウムの添加量が増加すると正極活物質である二硫化鉄の電池内充填量が減少するため、ふっ化カリウムの添加量が増加するにつれて放電容量が減少することが分かる。また、表2および図2より、ふっ化カリウムの添加量が二硫化鉄およびふっ化カリウムの総重量に対して2.6重量%以下である場合には、放電容量の減少がわずかであるのに対して、ふっ化カリウムの添加量が二硫化鉄およびふっ化カリウムの総重量に対して2.6重量%より大きい場合には、放電容量の減少が著しいことが分かる。
表3および図3より、ふっ化カリウムの添加量が二硫化鉄およびふっ化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きい場合には、保存後における開路電圧の上昇が抑制されていることが分かる。したがって、ふっ化カリウムの添加量は、二硫化鉄とふっ化カリウムの総重量に対し0.8〜2.6重量%の範囲とすることが好ましいことが分かる。
次に、塩化カリウムの添加量を検討するための実施例について説明する。表4に、実施例12〜23および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池の組成を示す。
<実施例12>
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えて塩化カリウム0.4重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えて塩化カリウム0.4重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例13>
二硫化鉄を99.4重量%、塩化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.4重量%、塩化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例14>
二硫化鉄を99.2重量%、塩化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.2重量%、塩化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例15>
二硫化鉄を99.0重量%、塩化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.0重量%、塩化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例16>
二硫化鉄を98.8重量%、塩化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.8重量%、塩化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例17>
二硫化鉄を98.0重量%、塩化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.0重量%、塩化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例18>
二硫化鉄を97.0重量%、塩化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を97.0重量%、塩化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例19>
二硫化鉄を96.7重量%、塩化カリウムを3.3重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を96.7重量%、塩化カリウムを3.3重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例20>
二硫化鉄を96.5重量%、塩化カリウムを3.5重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を96.5重量%、塩化カリウムを3.5重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例21>
二硫化鉄を96.3重量%、塩化カリウムを3.7重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を96.3重量%、塩化カリウムを3.7重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例22>
二硫化鉄を96.0重量%、塩化カリウム4.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を96.0重量%、塩化カリウム4.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例23>
二硫化鉄を95.0重量%、塩化カリウムを5.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を95.0重量%、塩化カリウムを5.0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<従来例>
二硫化鉄を100.0重量%、塩化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を100.0重量%、塩化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例12と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
次に、上述のようにして得られた実施例12〜23および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で1.5時間(150mAh)の条件で予備放電した。リチウム/二硫化鉄電池系では作製直後の開路電圧は2V以上と高いため、上述のように予備放電と呼ばれる工程により電池容量の10%程度を放電させて電位を降下させるのが一般的である。
その後、丸1日(24時間)経過した後に、リチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で電池電圧が0.5Vになるまで本放電を行い、放電容量を測定した。表5および図4は、この放電容量の測定結果を示す。図4において、縦軸が放電容量(mAh)であり、横軸が塩化カリウムの添加量(重量%)である。
また、予備放電後の実施例12〜23および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を室温(20℃)の環境下に1000時間保存した後、開路電圧を測定した。表6および図5に、この開路電圧の測定結果を示す。図5において、縦軸が開路電圧(V)であり、横軸が塩化カリウムの添加量(重量%)である。
表5および図4より、正極合剤に添加される塩化カリウムの添加量が増加すると正極活物質である二硫化鉄の電池内充填量が減少するため、塩化カリウムの添加量が増加するにつれて放電容量が減少することが分かる。また、表5および図4より、塩化カリウムの添加量が二硫化鉄および塩化カリウムの総重量に対して3.5重量%以下である場合には、放電容量の減少がわずかであるのに対して、塩化カリウムの添加量が二硫化鉄および塩化カリウムの総重量に対して3.5重量%より大きい場合には、放電容量の減少が著しいことが分かる。
表6および図5より、塩化カリウムの添加量が二硫化鉄および塩化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きい場合には、保存後における開路電圧の上昇が抑制されていることが分かる。したがって、塩化カリウムの添加量は、二硫化鉄と塩化カリウムの総重量に対し0.8〜3.5重量%の範囲とすることが好ましいことが分かる。
次に、臭化カリウムの添加量を検討するための実施例について説明する。表7に、実施例24〜36および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池の組成を示す。
<実施例24>
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えて臭化カリウム0.4重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えて臭化カリウム0.4重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例25>
二硫化鉄を99.4重量%、臭化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.4重量%、臭化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例26>
二硫化鉄を99.2重量%、臭化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.2重量%、臭化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例27>
二硫化鉄を99.0重量%、臭化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.0重量%、臭化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例28>
二硫化鉄を98.8重量%、臭化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.8重量%、臭化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例29>
二硫化鉄を98.0重量%、臭化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.0重量%、臭化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例30>
二硫化鉄を97.0重量%、臭化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を97.0重量%、臭化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例31>
二硫化鉄を96.0重量%、臭化カリウムを4.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を96.0重量%、臭化カリウムを4.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例32>
二硫化鉄を95.2重量%、臭化カリウムを4.8重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を95.2重量%、臭化カリウムを4.8重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例33>
二硫化鉄を94.8重量%、臭化カリウムを5.2重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を94.8重量%、臭化カリウムを5.2重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例34>
二硫化鉄を94.6重量%、臭化カリウムを5.4重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を94.6重量%、臭化カリウムを5.4重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例35>
二硫化鉄を94.4重量%、臭化カリウムを5.6重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を94.4重量%、臭化カリウムを5.6重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例36>
二硫化鉄を94.0重量%、臭化カリウムを6.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を94.0重量%、臭化カリウムを6.0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<従来例>
二硫化鉄を100.0重量%、臭化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を100.0重量%、臭化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例24と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
次に、上述のようにして得られた実施例24〜36および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で1.5時間(150mAh)の条件で予備放電した。リチウム/二硫化鉄電池系では作製直後の開路電圧は2V以上と高いため、上述のように予備放電と呼ばれる工程により電池容量の10%程度を放電させて電位を降下させるのが一般的である。
その後、丸1日(24時間)経過した後に、リチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で電池電圧が0.5Vになるまで本放電を行い、放電容量を測定した。表8および図6は、この放電容量の測定結果を示す。図6において、縦軸が放電容量(mAh)であり、横軸が臭化カリウムの添加量(重量%)である。
また、予備放電後の実施例24〜36および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を室温(20℃)の環境下に1000時間保存した後、開路電圧を測定した。表9および図7に、この開路電圧の測定結果を示す。図7において、縦軸が開路電圧(V)であり、横軸が臭化カリウムの添加量(重量%)である。
表8および図6より、正極合剤に添加される臭化カリウムの添加量が増加すると正極活物質である二硫化鉄の電池内充填量が減少するため、臭化カリウムの添加量が増加するにつれて放電容量が減少することが分かる。また、表8および図6より、臭化カリウムの添加量が二硫化鉄および臭化カリウムの総重量に対して5.2重量%以下である場合には、放電容量の減少がわずかであるのに対して、臭化カリウムの添加量が二硫化鉄および臭化カリウムの総重量に対して5.2重量%より大きい場合には、放電容量の減少が著しいことが分かる。
表9および図7より、臭化カリウムの添加量が二硫化鉄および臭化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きい場合には、保存後における開路電圧の上昇が抑制されていることが分かる。したがって、臭化カリウムの添加量は、二硫化鉄と臭化カリウムの総重量に対し0.8〜5.2重量%の範囲とすることが好ましいことが分かる。
次に、よう化カリウムの添加量を検討するための実施例について説明する。表10に、実施例37〜50および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池の組成を示す。
<実施例37>
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えてよう化カリウム0.4重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えてよう化カリウム0.4重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例38>
二硫化鉄を99.4重量%、よう化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.4重量%、よう化カリウムを0.6重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例39>
二硫化鉄を99.2重量%、よう化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.2重量%、よう化カリウムを0.8重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例40>
二硫化鉄を99.0重量%、よう化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を99.0重量%、よう化カリウムを1.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例41>
二硫化鉄を98.8重量%、よう化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.8重量%、よう化カリウムを1.2重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例42>
二硫化鉄を98.0重量%、よう化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を98.0重量%、よう化カリウムを2.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例43>
二硫化鉄を97.0重量%、よう化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を97.0重量%、よう化カリウムを3.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例44>
二硫化鉄を96.0重量%、よう化カリウムを4.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を96.0重量%、よう化カリウムを4.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例45>
二硫化鉄を95.0重量%、よう化カリウムを5.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を95.0重量%、よう化カリウムを5.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例46>
二硫化鉄を94.0重量%、よう化カリウムを6.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を94.0重量%、よう化カリウムを6.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例47>
二硫化鉄を93.5重量%、よう化カリウムを6.5重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を93.5重量%、よう化カリウムを6.5重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例48>
二硫化鉄を93.0重量%、よう化カリウムを7.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を93.0重量%、よう化カリウムを7.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例49>
二硫化鉄を92.5重量%、よう化カリウムを7.5重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を92.5重量%、よう化カリウムを7.5重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<実施例50>
二硫化鉄を92.0重量%、よう化カリウムを8.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
二硫化鉄を92.0重量%、よう化カリウムを8.0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。
<従来例>
二硫化鉄を100.0重量%、よう化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化一次電池を得た。
二硫化鉄を100.0重量%、よう化カリウムを0重量%とする以外はすべて実施例37と同様にしてリチウム/二硫化一次電池を得た。
次に、上述のようにして得られた実施例37〜50および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で1.5時間(150mAh)の条件で予備放電した。リチウム/二硫化鉄電池系では作製直後の開路電圧は2V以上と高いため、上述のように予備放電と呼ばれる工程により電池容量の10%程度を放電させて電位を降下させるのが一般的である。
その後、丸1日(24時間)経過した後に、リチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で電池電圧が0.5Vになるまで本放電を行い、放電容量を測定した。表11および図8は、この放電容量の測定結果を示す。図8において、縦軸が放電容量(mAh)であり、横軸がよう化カリウムの添加量(重量%)である。
また、予備放電後の実施例37〜50および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を室温(20℃)の環境下に1000時間保存した後、開路電圧を測定した。表12および図9に、この開路電圧の測定結果を示す。図9において、縦軸が開路電圧(V)であり、横軸がよう化カリウムの添加量(重量%)である。
表11および図8より、正極合剤に添加されるよう化カリウムの添加量が増加すると正極活物質である二硫化鉄の電池内充填量が減少するため、よう化カリウムの添加量が増加するにつれて放電容量が減少することが分かる。また、表11および図8より、よう化カリウムの添加量が二硫化鉄およびよう化カリウムの総重量に対して7.0重量%以下である場合には、放電容量の減少がわずかであるのに対して、よう化カリウムの添加量が二硫化鉄およびよう化カリウムの総重量に対して7.0重量%より大きい場合には、放電容量の減少が著しいことが分かる。
表12および図9より、よう化カリウムの添加量が二硫化鉄およびよう化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きい場合には、保存後における開路電圧の上昇が抑制されていることが分かる。したがって、よう化カリウムの添加量は、二硫化鉄とよう化カリウムの総重量に対し0.8〜7.0重量%の範囲とすることが好ましいことが分かる。
次に、2種以上のハロゲン化カリウムを正極合剤に添加した場合の添加量を検討するための実施例について説明する。表13に、実施例51〜59および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池の組成を示す。
<実施例51>
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えてふっ化カリウム0.1重量%、塩化カリウム0.1重量%、臭化カリウム0.1重量%およびよう化カリウム0.1重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.005であった。
添加剤としてふっ化カリウム0.4重量%に代えてふっ化カリウム0.1重量%、塩化カリウム0.1重量%、臭化カリウム0.1重量%およびよう化カリウム0.1重量%を用いる以外はすべて実施例1と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.005であった。
<実施例52>
二硫化鉄99.0重量%、ふっ化カリウム0重量%、塩化カリウム0.3重量%、臭化カリウム0.5重量%およびよう化カリウム0.2重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.010であった。
二硫化鉄99.0重量%、ふっ化カリウム0重量%、塩化カリウム0.3重量%、臭化カリウム0.5重量%およびよう化カリウム0.2重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.010であった。
<実施例53>
二硫化鉄97.8重量%、ふっ化カリウム0.2重量%、塩化カリウム0重量%、臭化カリウム1.5重量%およびよう化カリウム0.5重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.020であった。
二硫化鉄97.8重量%、ふっ化カリウム0.2重量%、塩化カリウム0重量%、臭化カリウム1.5重量%およびよう化カリウム0.5重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.020であった。
<実施例54>
二硫化鉄97.1重量%、ふっ化カリウム0.9重量%、塩化カリウム1.5重量%、臭化カリウム0重量%およびよう化カリウム0.5重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.040であった。
二硫化鉄97.1重量%、ふっ化カリウム0.9重量%、塩化カリウム1.5重量%、臭化カリウム0重量%およびよう化カリウム0.5重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.040であった。
<実施例55>
二硫化鉄95.6重量%、ふっ化カリウム1.0重量%、塩化カリウム0.9重量%、臭化カリウム1.0重量%およびよう化カリウム1.5重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.050であった。
二硫化鉄95.6重量%、ふっ化カリウム1.0重量%、塩化カリウム0.9重量%、臭化カリウム1.0重量%およびよう化カリウム1.5重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.050であった。
<実施例56>
二硫化鉄95.8重量%、ふっ化カリウム1.5重量%、塩化カリウム0.5重量%、臭化カリウム1.0重量%およびよう化カリウム1.2重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.050であった。
二硫化鉄95.8重量%、ふっ化カリウム1.5重量%、塩化カリウム0.5重量%、臭化カリウム1.0重量%およびよう化カリウム1.2重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.050であった。
<実施例57>
二硫化鉄95.0重量%、ふっ化カリウム1.0重量%、塩化カリウム1.0重量%、臭化カリウム1.0重量%およびよう化カリウム2.0重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.055であった。
二硫化鉄95.0重量%、ふっ化カリウム1.0重量%、塩化カリウム1.0重量%、臭化カリウム1.0重量%およびよう化カリウム2.0重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.055であった。
<実施例58>
二硫化鉄94.4重量%、ふっ化カリウム1.0重量%、塩化カリウム1.0重量%、臭化カリウム2.0重量%およびよう化カリウム1.6重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.060であった。
二硫化鉄94.4重量%、ふっ化カリウム1.0重量%、塩化カリウム1.0重量%、臭化カリウム2.0重量%およびよう化カリウム1.6重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.060であった。
<実施例59>
二硫化鉄92.9重量%、ふっ化カリウム0.5重量%、塩化カリウム1.5重量%、臭化カリウム2.5重量%およびよう化カリウム2.6重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.070であった。
二硫化鉄92.9重量%、ふっ化カリウム0.5重量%、塩化カリウム1.5重量%、臭化カリウム2.5重量%およびよう化カリウム2.6重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0.070であった。
<従来例>
二硫化鉄100.0重量%、ふっ化カリウム0重量%、塩化カリウム0重量%、臭化カリウム0重量%およびよう化カリウム0重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0であった。
二硫化鉄100.0重量%、ふっ化カリウム0重量%、塩化カリウム0重量%、臭化カリウム0重量%およびよう化カリウム0重量%とする以外はすべて実施例51と同様にしてリチウム/二硫化鉄一次電池を得た。この際、上述の(1)式により示されるXの値は、0であった。
次に、上述のようにして得られた実施例51〜59および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で1.5時間(150mAh)の条件で予備放電した。リチウム/二硫化鉄電池系では作製直後の開路電圧は2V以上と高いため、上述のように予備放電と呼ばれる工程により電池容量の10%程度を放電させて電位を降下させるのが一般的である。
その後、丸1日(24時間)経過した後に、リチウム/二硫化鉄一次電池を100mAの定電流で電池電圧が0.5Vになるまで本放電を行い、放電容量を測定した。表14および図10は、この放電容量の測定結果を示す。図10において、縦軸が放電容量(mAh)であり、横軸が上述の式(1)で示されるXの値である。
また、予備放電後の実施例51〜59および従来例のリチウム/二硫化鉄一次電池を室温(20℃)の環境下に1000時間保存した後、開路電圧を測定した。表15および図11に、この開路電圧の測定結果を示す。図11において、縦軸が開路電圧(V)であり、横軸が上述の式(1)で示されるXの値である。
表14および図10より、正極合剤に添加される添加剤が増加すると正極活物質である二硫化鉄の電池内充填量が減少するため、上述の(1)式で示したXの値が増加するにつれて放電容量が減少することが分かる。また、表14および図10より、Xの値が0.05以下である場合には、放電容量の減少がわずかであるのに対して、よう化カリウムの添加量が0.05より大きい場合には、放電容量の減少が著しいことが分かる。
表15および図11より、上述の式(1)で示されるXの値が0.01以上の場合には、保存後における開路電圧の上昇が抑制されていることが分かる。
ここでは、便宜上、実施例51〜59により添加剤の添加量を検討した例について示したが、これらの実施例以外の組成においても同様の傾向が得られた。したがって、Xの値が0.01〜0.05の範囲となるように、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムおよびよう化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも2種以上の添加剤を添加することが好ましいことが分かる。
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値および構造などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値および構造などを用いてもよい。
また、上述の一実施形態では、正極合剤層にのみハロゲン化カリウムを添加する例について示したが、正極合剤層および電解液の両方に対してハロゲン化カリウムを添加するようにしてもよい。このハロゲン化カリウムは、ふっ化カリウム(KF)、塩化カリウム(KCl)、臭化カリウム(KBr)、よう化カリウム(KI)からなる群より選ばれた少なくとも1種以上である。具体的には、ハロゲン化カリウムは、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムまたはよう化カリウム、もしくは、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムおよびよう化カリウムからなる群より選ばれた2種以上である。
また、上述の一実施形態では、円筒型のリチウム/二硫化一次電池に対してこの発明を適用した例について示したが、この発明はこの形状の電池に限定されるものではない。例えば、この発明は、偏平型(コイン型)など他の形状のリチウム/二硫化一次電池に対しても適用可能である。
1 電池缶
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 絶縁板
6 絶縁板
7 電池蓋
8 安全弁
9 PTC素子
10 封口ガスケット
11 正極リード
12 負極リード
13 巻回電極体
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 絶縁板
6 絶縁板
7 電池蓋
8 安全弁
9 PTC素子
10 封口ガスケット
11 正極リード
12 負極リード
13 巻回電極体
Claims (26)
- 二硫化鉄を正極活物質とする正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、電解液とを備えるリチウム/二硫化鉄一次電池において、
正極中にハロゲン化カリウムが添加されていることを特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池。 - 上記ハロゲン化カリウムが、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムおよびよう化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記ハロゲン化カリウムが、ふっ化カリウムであることを特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記ふっ化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄およびふっ化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく2.6重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項3記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記ハロゲン化カリウムが、塩化カリウムであることを特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記塩化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄および塩化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく3.5重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項5記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記ハロゲン化カリウムが、臭化カリウムであることを特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記臭化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄および臭化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく5.2重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項7記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記ハロゲン化カリウムが、よう化カリウムであることを特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記よう化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄およびよう化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく7.0重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項9記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記ハロゲン化カリウムが、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムおよびよう化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも2種以上であることを特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 上記ハロゲン化カリウムの添加量は、下記式で示されるXの値が0.01以上0.05以下の範囲となるように規定されていることを特徴とする請求項11記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
X=A+B+C+D
A:KFの添加組成(重量%)÷KFの分子量
B:KClの添加組成(重量%)÷KClの分子量
C:KBrの添加組成(重量%)÷KBrの分子量
D:KIの添加組成(重量%)÷KIの分子量
KFの分子量:58.096
KClの分子量:74.551
KBrの分子量:119.002
KIの分子量:126.904 - 電解液中にハロゲン化カリウムが更に添加されていることを特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
- 二硫化鉄を正極活物質とする正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、電解液とを備えるリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法において、
二硫化鉄およびハロゲン化カリウムを少なくとも含有する正極合剤を作製する工程と、
上記正極合剤を正極集電体上に塗布して正極合剤層を形成する工程と
を備えることを特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。 - 上記ハロゲン化カリウムが、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムおよびよう化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項14記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記ハロゲン化カリウムが、ふっ化カリウムであることを特徴とする請求項14記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記ふっ化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄およびふっ化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく2.6重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項16記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記ハロゲン化カリウムが、塩化カリウムであることを特徴とする請求項14記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記塩化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄および塩化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく3.5重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項18記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記ハロゲン化カリウムが、臭化カリウムであることを特徴とする請求項14記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記臭化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄および臭化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく5.2重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項20記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記ハロゲン化カリウムが、よう化カリウムであることを特徴とする請求項14記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記よう化カリウムの添加量が、上記二硫化鉄およびよう化カリウムの総重量に対して0.8重量%より大きく7.0重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項22記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記ハロゲン化カリウムが、ふっ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウムおよびよう化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも2種以上であることを特徴とする請求項14記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
- 上記ハロゲン化カリウムの添加量は、下記式で示されるXの値が0.01以上0.05以下の範囲となるように規定されていることを特徴とする請求項24記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
X=A+B+C+D
A:KFの添加組成(重量%)÷KFの分子量
B:KClの添加組成(重量%)÷KClの分子量
C:KBrの添加組成(重量%)÷KBrの分子量
D:KIの添加組成(重量%)÷KIの分子量
KFの分子量:58.096
KClの分子量:74.551
KBrの分子量:119.002
KIの分子量:126.904 - 電解液中にハロゲン化カリウムが更に添加されていることを特徴とする請求項14記載のリチウム/二硫化鉄一次電池の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003376249A JP2005141997A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | リチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003376249A JP2005141997A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | リチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005141997A true JP2005141997A (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=34687379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003376249A Pending JP2005141997A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | リチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005141997A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006069011A1 (en) * | 2004-12-22 | 2006-06-29 | Eveready Battery Company, Inc. | High discharge capacity lithium battery |
JP2007227221A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Sony Corp | リチウム/二硫化鉄一次電池 |
JP2008525966A (ja) * | 2004-12-22 | 2008-07-17 | エバレデイ バツテリ カンパニー インコーポレーテツド | 高放電容量のリチウム・バッテリ |
JP2011228048A (ja) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Tdk Corp | 電極の製造方法、電極、及び電気化学素子 |
-
2003
- 2003-11-05 JP JP2003376249A patent/JP2005141997A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8124274B2 (en) | 2003-11-21 | 2012-02-28 | Eveready Battery Company, Inc. | High discharge capacity lithium battery |
WO2006069011A1 (en) * | 2004-12-22 | 2006-06-29 | Eveready Battery Company, Inc. | High discharge capacity lithium battery |
JP2008525966A (ja) * | 2004-12-22 | 2008-07-17 | エバレデイ バツテリ カンパニー インコーポレーテツド | 高放電容量のリチウム・バッテリ |
JP2012151123A (ja) * | 2004-12-22 | 2012-08-09 | Eveready Battery Co Inc | 高放電容量のリチウム・バッテリ |
JP2007227221A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Sony Corp | リチウム/二硫化鉄一次電池 |
JP4539584B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2010-09-08 | ソニー株式会社 | リチウム/二硫化鉄一次電池 |
JP2011228048A (ja) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Tdk Corp | 電極の製造方法、電極、及び電気化学素子 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4325112B2 (ja) | 正極活物質及び非水電解質二次電池 | |
JP4794180B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP4539584B2 (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池 | |
JP3797197B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
US20050095508A1 (en) | Lithium-iron disulfide primary battery | |
JP2005228565A (ja) | 電解液および電池 | |
JP2009048981A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
US7682743B2 (en) | Battery | |
EP3979368A1 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2008098096A (ja) | 二次電池 | |
JP2007250440A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
US20140370379A1 (en) | Secondary battery and manufacturing method thereof | |
JP2005166290A (ja) | 電解質およびそれを用いた電池 | |
JP2007048545A (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池 | |
JP2016062872A (ja) | リチウムイオン二次電池用正極、及びこれを用いたリチウムイオン二次電池 | |
JP2006100164A (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池 | |
JP2021180064A (ja) | リチウム一次電池 | |
JP2007042447A (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池 | |
JP2007109526A (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池 | |
JP2007066826A (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池 | |
JP2008091219A (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料およびその製造方法、並びにリチウム/二硫化鉄一次電池に関する。 | |
JP2005141997A (ja) | リチウム/二硫化鉄一次電池およびその製造方法 | |
JP2002015768A (ja) | 非水電解質二次電池の製造方法 | |
JP4710230B2 (ja) | 二次電池用電解液及び二次電池 | |
US20050053838A1 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery |