JP2008091219A - 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。 - Google Patents
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Abstract
【課題】保存特性を向上できるリチウム/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/二硫化鉄一次電池を提供する。
【解決手段】正極2は、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。正極合剤層は、例えば、二硫化鉄の表面の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層が設けられた正極材料を有する。このような正極材料を有することによって、保存特性を向上できる。
【選択図】図1
【解決手段】正極2は、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。正極合剤層は、例えば、二硫化鉄の表面の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層が設けられた正極材料を有する。このような正極材料を有することによって、保存特性を向上できる。
【選択図】図1
Description
この発明は、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。
リチウム/二硫化鉄一次電池は、正極活物質の二硫化鉄が約894mAh/g、負極活物質のリチウムが約3863mAh/gと、非常に高い理論容量を示す正・負極材料から構成されており、高容量かつ軽量、負荷特性、低温特性といった電池特性の面からも、極めて優れた電池である。
さらに、リチウム/二硫化鉄一次電池は、初期の開路電圧が1.7V〜1.8V、平均放電電圧が1.3V〜1.6V付近であり、他の1.5V級一次電池、例えば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/亜鉛電池と互換性を有する点からもその実用価値は高い。
リチウム/二硫化鉄一次電池は、有機系電解液を用いている点などから、上述の水溶液系1.5V電池に比べて、その保存特性が良好なものである。例えば、特許文献1および特許文献2には、放電電圧の平坦性を付与するために酸化鉄を二硫化鉄の表層に作製することが提案されている。
しかしながら、溶媒や塩の種類によっては、正極活物資である二硫化鉄から硫黄(S)が遊離して負極のリチウム上で反応し、保存特性の悪化を進行させてしまう問題があった。また、特許文献1および特許文献2では、放電電圧の平坦性は向上するものの、保存特性は悪化してしまう。
したがって、この発明の目的は、保存特性を向上できるリチウム/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/二硫化鉄一次電池を提供することにある。
上述した課題を解決するために、第1の発明は、
二硫化鉄に四酸化三鉄が含まれたこと
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料である。
二硫化鉄に四酸化三鉄が含まれたこと
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料である。
第2の発明は、
二硫化鉄を正極活物質として含む正極と、リチウムを負極活物質として含む負極と、有機電解液とを備え、
二硫化鉄に四酸化三鉄が含まれたこと
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池である。
二硫化鉄を正極活物質として含む正極と、リチウムを負極活物質として含む負極と、有機電解液とを備え、
二硫化鉄に四酸化三鉄が含まれたこと
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池である。
第3の発明は、
二硫化鉄を、不活性ガスと5体積%以下の酸素とが存在する雰囲気中において、焼成温度が350℃〜400℃、保持時間が3時間〜24時間で焼成処理すること
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料の製造方法である。
二硫化鉄を、不活性ガスと5体積%以下の酸素とが存在する雰囲気中において、焼成温度が350℃〜400℃、保持時間が3時間〜24時間で焼成処理すること
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料の製造方法である。
この発明では、二硫化鉄の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けることにより、活物質である二硫化鉄から遊離する硫黄(S)の影響などを排除するようにする。
第3の発明では、二硫化鉄を、不活性ガスと5体積%以下の酸素とが存在する雰囲気中において、焼成温度が350℃〜400℃、保持時間が3時間〜24時間で焼成処理することにより、二硫化鉄中に十分な量の四酸化三鉄(Fe3O4)を選択的に生成できる。
この発明によれば、二硫化鉄の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けることによって、保存特性を向上できる。
まず、この発明の一実施形態による正極材料について説明する。この発明の一実施形態による正極材料は、二硫化鉄(FeS2)の表面の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層が設けられたものである。四酸化三鉄(Fe3O4)は、CuKα線によるX線回折において、式Iで定義される二硫化鉄に対する相対強度比が0.0001〜0.5であることが好ましく、0.0001〜0.01であることがより好ましい。より優れた放電性能および保存特性を得ることができるからである。
(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)・・・(式I)
〔Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)は、2θ=35°〜35.5°に現れる(311)面のFe3O4によるピーク強度を示す。FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)は、2θ=32.5°〜33.5°に現れる(200)面のFeS2によるピーク強度を示す。〕
(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)・・・(式I)
〔Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)は、2θ=35°〜35.5°に現れる(311)面のFe3O4によるピーク強度を示す。FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)は、2θ=32.5°〜33.5°に現れる(200)面のFeS2によるピーク強度を示す。〕
このように、二硫化鉄の表層部分に四酸化三鉄(Fe3O4)を作製することで、二硫化鉄から遊離する硫黄(S)の影響を排除できる。四酸化三鉄(Fe3O4)は、主に二硫化鉄の表面に非常に緻密に存在し、硫黄(S)の遊離を抑制しているものと考えられる。これらの効果は、他の酸化物、例えば三酸化二鉄(Fe2O3)においては確認することができず、四酸化三鉄特有の機能発現であると考えられる。
また、四酸化三鉄(Fe3O4)は、二硫化鉄の表層部に選択的に作製する必要がある。例えば、四酸化三鉄(Fe3O4)と、二硫化鉄と、を単純に混合することにより混在させるようにしても、保存特性を向上する効果は現れない。なお、オージェ電子分光法やX線光電子分光法などで深さ方向を解析し、二硫化鉄(FeS2)と四酸化三鉄(Fe3O4)との界面観測することで、二硫化鉄(FeS2)と四酸化三鉄(Fe3O4)とを単純に混合することにより混在させた状態のものと区別することが可能である。
さらに、例えば、特開昭58−57262号公報、特開昭58−166634号公報に記載されているような従来例では、放電電圧の平坦性を付与するために、二硫化鉄を熱処理することにより酸化鉄を表層に作製することが提案されているが、この発明の一実施形態による正極材料は、二硫化鉄の表層部分に酸化鉄の中でも、四酸化三鉄(Fe3O4)のみを選択的に作製することで、保存特性が改善できることを特徴とするものである。したがって、両従来例とは全く異なる作用効果を奏するものである。
さらに、この発明の一実施形態による正極材料は、例えば、表面数100nm層に酸化鉄が存在している必要は必ずしもなく、表面層を中心に結晶粒子界や粒子欠陥などを含めたバルク中も含めトータルで必要量存在していればよい。XRD(X-ray diffraction;X線回折)により規定量を決定するのもこういう所以である。
次に、この発明の一実施形態による正極材料の製造方法について説明する。この発明の一実施形態による正極材料の製造方法は、二硫化鉄を焼成処理し、二硫化鉄の表面に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けることを特徴とする。
四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を形成するためには、二硫化鉄を、例えば窒素、アルゴンなどの不活性ガスと、5体積%以下の酸素とが存在する雰囲気中で、焼成温度350℃〜400℃で焼成処理することが必要である。この条件で二硫化鉄を焼成処理することにより、二硫化鉄の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けることができる。なお、この条件以外で製造した正極材料は、四酸化三鉄(Fe3O4)が形成されないため、リチウム/二硫化鉄一次電池に用いた場合であっても、保存特性を向上させる効果が発現しない。
さらに、焼成処理における焼成温度の保持時間としては、3時間〜24時間であり、好ましくは5時間〜12時間である。焼成時間が3時間より短いと、十分な四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層が形成されず、活物質である二硫化鉄の溶出を防ぐ効果が低減する。また、焼成時間が12時間を超えると、四酸化三鉄(Fe3O4)含む層の総厚に変化がなくなり、焼成時間が24時間を越えると、採算性、生産効率が悪くなる。
次に、図面を参照しながら、この発明の一実施形態による正極材料を用いた電池について説明する。図1は、この発明の一実施形態によるリチウム/二硫化鉄一次電池を示す。図1に示す電池は、いわゆる円筒型と呼ばれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶1の内部に、渦巻型電極体を有している。渦巻型電極体は、正極材料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。電池缶1の内部には、渦巻型電極体を挟み込むように、周面に対して垂直に一対の絶縁板5および絶縁板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、内部短絡または外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合に電池蓋7と渦巻型電極体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、例えばアスファルトが塗布されている。
渦巻型電極体の正極2には、アルミニウム(Al)など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(Ni)など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、正極2と負極3の物理的接触を防ぐ機能を有する。さらに、セパレータ4は、非水電解液を吸収することにより、孔中に非水電解液を保持し、放電時にリチウムイオンが通過できるものである。
[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(Al)箔、ニッケル(Ni)箔、ステンレス(SUS)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(Al)箔、ニッケル(Ni)箔、ステンレス(SUS)箔などの金属箔である。
正極合剤層は、例えば、上述の構成を有する正極材料と、導電剤と、結着剤とを有する。なお、二硫化鉄としては、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用いることができる。
導電剤としては、正極材料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を用いることができる。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を用いることができる。
[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ニウム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ニウム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、リチウム塩を電解質として、これを有機溶媒に溶解させた電解液を用いることとができる。有機溶媒としては、環状エーテルとして例えば1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジグライム等、鎖状エーテルとして例えば1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、トリグライム等、環状カーボネートとして例えばプロピレンカーボネート等の単独若しくは二種類以上の混合溶媒を用いることができる。なお、環状カーボネートであるプロピレンカーボネートは、活物質である二硫化鉄の溶解力が大きいが、これを溶媒に用いた場合でも、一実施形態による正極材料を用いることで、特性劣化度合いを非常に小さくできる。
電解液としては、リチウム塩を電解質として、これを有機溶媒に溶解させた電解液を用いることとができる。有機溶媒としては、環状エーテルとして例えば1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジグライム等、鎖状エーテルとして例えば1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、トリグライム等、環状カーボネートとして例えばプロピレンカーボネート等の単独若しくは二種類以上の混合溶媒を用いることができる。なお、環状カーボネートであるプロピレンカーボネートは、活物質である二硫化鉄の溶解力が大きいが、これを溶媒に用いた場合でも、一実施形態による正極材料を用いることで、特性劣化度合いを非常に小さくできる。
電解質としては、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiAs6、LiI、LiBr、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)(CF3SO2)N、Li(C2F5SO2)2Nなどを用いることができる。なお、ルイス酸性の高い塩であるLiPF6は、活物質である二硫化鉄の溶解力が大きいが、これを電解質に用いた場合でも、一実施形態による正極材料を用いることで、特性劣化度合いを非常に小さくできる。
[セパレータ4]
セパレータ4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などが使用可能である。
セパレータ4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などが使用可能である。
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、上述の構成を有する正極材料、結着剤および導電剤を混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)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。なお、上述の構成を有する正極材料の製造方法については、既に説明したので省略する。
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4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回して、渦巻型電極体を作製する。
次に、底部に絶縁板5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た電池缶1に、渦巻型電極体を収納する。そして、渦巻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、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2に取り付け、他端は安全弁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、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製した電解液を注入した後に、アスファルトを塗布した封口ガスケット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リチウム/二硫化鉄一次電池が作製される。
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
酸化物種に関する検討(実施例1、比較例1〜比較例2)
以下に説明するようにして、実施例1、比較例1〜比較例2のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製し、酸化物種に関する検討を行った。なお、Fe2O3量およびFe3O4量は、それぞれ(相対強度比)=Fe2O3(311)(2θ=35.5〜36°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)、(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)・・・(式I)で規定され、同重量のFe2O3およびFe3O4の含有を意味する0.025および0.05で比較を行った。なお、測定には、RIGAKU−X線回折装置(リガク製RINT2500V型XRD)を用いた。X線管球はCu、Kα線を利用した。
以下に説明するようにして、実施例1、比較例1〜比較例2のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製し、酸化物種に関する検討を行った。なお、Fe2O3量およびFe3O4量は、それぞれ(相対強度比)=Fe2O3(311)(2θ=35.5〜36°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)、(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)・・・(式I)で規定され、同重量のFe2O3およびFe3O4の含有を意味する0.025および0.05で比較を行った。なお、測定には、RIGAKU−X線回折装置(リガク製RINT2500V型XRD)を用いた。X線管球はCu、Kα線を利用した。
<実施例1>
二硫化鉄を振動ミルにて十分に粉砕および混合を行い、その後、電気加熱炉に入れて焼成することにより、二硫化鉄に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を形成した。焼成の際には、炉内雰囲気は、酸素濃度が、窒素と酸素との混合比率(体積比)で95:5以下、350℃〜400℃の温度環境となるように制御し、(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)・・・(式I)で表される相対強度比が0.05となるように調整した。なお、焼成処理後の二硫化鉄をオージェ電子分光法にて深さ方向の解析を行ったところ、二硫化鉄と、四酸化三鉄(Fe3O4)との境界が確認できた。
二硫化鉄を振動ミルにて十分に粉砕および混合を行い、その後、電気加熱炉に入れて焼成することにより、二硫化鉄に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を形成した。焼成の際には、炉内雰囲気は、酸素濃度が、窒素と酸素との混合比率(体積比)で95:5以下、350℃〜400℃の温度環境となるように制御し、(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)・・・(式I)で表される相対強度比が0.05となるように調整した。なお、焼成処理後の二硫化鉄をオージェ電子分光法にて深さ方向の解析を行ったところ、二硫化鉄と、四酸化三鉄(Fe3O4)との境界が確認できた。
次に、焼成処理後の二硫化鉄と、導電剤としての炭素粉末と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、を重量比で95:1:4の組成で混合し、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。
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、N−メチル−2−ピロリドンを揮発させた後、一定圧力で圧縮成型して帯状の正極2を作製した。
次に、以上のようにして作製した帯状の正極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の渦巻型電極体を作製した。
以上のようにして得られた渦巻型電極体をニッケルメッキを施した鉄製電池缶1に収納した。そして、渦巻型電極体の上下両面に絶縁板5と絶縁板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を負極集電体から導出して電池缶1に溶接した。
次に、プロピレンカーボネート(PC)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(PC:DME)で1:1で混合した混合溶媒に電解質塩としてLiClO4を添加して、LiClO4のモル濃度が1.0mol/lとなるように調製した。
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、熱感抵抗素子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。以上により、直径約10mm、高さ約44mmの円筒型のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<比較例1>
焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例1のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例1のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<比較例2>
(相対強度比)=Fe2O3(311)(2θ=35.5〜36°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)で表される相対強度比が0.025となるように調整を行った二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例2のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
(相対強度比)=Fe2O3(311)(2θ=35.5〜36°)/FeS2(200)(2θ=32.5〜33.5°)で表される相対強度比が0.025となるように調整を行った二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例2のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
次に、実施例1および比較例1〜比較例2のリチウム/二硫化鉄一次電池を、予備放電により電池容量の10%程度を放電させた後の10Ω放電0.9V終止の放電時間比(各種溶媒/塩、において酸化物未作製時の放電時間に対する比)および60℃の温度環境下30日間保存した後における10Ω放電0.9V終止の放電時間比(各種溶媒/塩、において酸化物未作製時の放電時間に対する比)を求めた。結果をまとめたものを表1に示す。
表1に示すように、酸化物の種類によって保存後放電性能は、大きく異なり、Fe3O4おいてのみ、良好な保存後放電特性を与えることが明確であることがわかった。なお、その他のFe酸化物であるFeOに関しては、不安定な化学構造であるので、安定的に作製することが不可能であった。
Fe 3 O 4 を混在させる方法に関する検討(実施例1、比較例1、比較例3)
さらに、以下に説明するようにして比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製して、Fe3O4を混在させる方法についての検討を行った。
さらに、以下に説明するようにして比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製して、Fe3O4を混在させる方法についての検討を行った。
<比較例3>
焼成処理を行い、二硫化鉄の表面の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けるようにして、Fe3O4を混在させる代わりに、焼成処理を行わないようにした二硫化鉄に加えて、さらに四酸化三鉄(Fe3O4)を単純に混合するようにして、Fe3O4を正極に混在させた点以外は、実施例1と同様にして、比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
焼成処理を行い、二硫化鉄の表面の少なくとも一部に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けるようにして、Fe3O4を混在させる代わりに、焼成処理を行わないようにした二硫化鉄に加えて、さらに四酸化三鉄(Fe3O4)を単純に混合するようにして、Fe3O4を正極に混在させた点以外は、実施例1と同様にして、比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
比較例3のリチウム/二硫化鉄電池を、予備放電により電池容量の10%程度を放電させた後の10Ω放電0.9V終止の放電時間比(各種溶媒/塩、において酸化物未作製時の放電時間に対する比)および60℃の温度環境下30日保存した後における10Ω放電0.9V終止の放電時間比(各種溶媒/塩、において酸化物未作製時の放電時間に対する比)を求めた。実施例1、比較例1、比較例3について、結果をまとめたものを表2に示す。
表2に示すように、Fe3O4を混在させる方法は、焼成処理による作製および単純混合かによって保存後放電性能は大きく異なり、焼成処理で作製した場合のみ、良好な保存後放電特性を与えることが明確であることがわかった。単純な混合では、同種の効果は得られず、二硫化鉄(FeS2)の表層部分を中心に選択的に四酸化三鉄(Fe3O4)を作製する必要があることがわかった。
四酸化三鉄(Fe 3 O 4 )の作製量に関する検討(実施例2〜実施例41、比較例4〜比較例7)
以下に説明するようにして、実施例2〜実施例41、比較例4〜比較例7のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製して、Fe3O4の作製量に関する検討を行った。
以下に説明するようにして、実施例2〜実施例41、比較例4〜比較例7のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製して、Fe3O4の作製量に関する検討を行った。
<比較例4>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例4のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例4のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例2>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例2のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例2のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例3>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例4>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例4のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例4のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例5>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例5のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例5のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例6>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例6のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例6のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例7>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例7のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例7のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例8>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例8のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例8のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例9>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例9のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例9のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例10>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例10のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例10のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例11>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例11のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を用い、式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例11のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<比較例5>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例5のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例5のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例12>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例12のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例12のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例13>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、ヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例13のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、ヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例13のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例14>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例14のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例14のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例15>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例15のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例15のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例16>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例16のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例16のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例17>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例17のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例17のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例18>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例18のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例18のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例19>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例19のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例19のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例20>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例20のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例20のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例21>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例21のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにヨウ化リチウム(LiI)を用い、式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例21のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<比較例6>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例6のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例6のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例22>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例22のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例22のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例23>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例23のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例23のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例24>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例24のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例24のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例25>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例25のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例25のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例26>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例26のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例26のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例27>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例27のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例27のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例28>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例28のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例28のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例29>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例29のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例29のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例30>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例30のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例30のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例31>
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例31のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
溶媒として、実施例1で用いた混合溶媒の代わりに、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(DOL:DME)1:1で混合した混合溶媒を用い、電解質塩として、LiClO4の代わりにLiN(CF3SO2)2を用い、式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例31のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<比較例7>
焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例7のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
焼成処理を行わないで、四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を設けないようにした二硫化鉄を用いた点以外は、実施例1と同様にして、比較例7のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例32>
式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例32のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.00005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例32のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例33>
式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例33のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.0001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例33のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例34>
式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例34のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.0005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例34のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例35>
式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例35のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.001となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例35のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例36>
式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例36のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.005となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例36のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例37>
式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例37のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.01となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例37のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例38>
式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例38のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.05となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例38のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例39>
式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例39のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例39のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例40>
式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例40のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が0.5となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例40のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<実施例41>
式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例41のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
式Iで表される相対強度比が1となるように四酸化三鉄(Fe3O4)の作製量を調整した点以外は、実施例1と同様にして、実施例41のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
実施例2〜実施例41および比較例4〜比較例7のリチウム/二硫化鉄電池を、予備放電により電池容量の10%程度を放電させた後の10Ω放電0.9V終止の放電時間比(各種溶媒/塩、において酸化物未作製時の放電時間に対する比)および60℃の温度環境下30日保存した後における10Ω放電0.9V終止の放電時間比(各種溶媒/塩、において酸化物未作製時の放電時間に対する比)を求めた。結果をまとめたものを表3に示す。
また、実施例2〜実施例11および比較例4、実施例12〜実施例21および比較例5、実施例22〜実施例31および比較例6、実施例32〜実施例41および比較例7の測定結果について、式Iで表される相対強度比に対する放電時間比をプロットしたグラフを図2に示す。式Iで表される相対強度比に対する保存後放電時間比をプロットしたグラフを図3に示す。
なお、図2または図3において、線A、線A’は実施例2〜実施例11および比較例4の測定結果について示すものである。線B、線B’は実施例12〜実施例21および比較例5の測定結果について示すものである。線C、線C’は実施例22〜実施例31および比較例6の測定結果について示すものである。線D、線D’は実施例32〜実施例41および比較例7の測定結果について示すものである。
表3、図2および図3に示すように、各種溶媒、塩においてFe3O4作製量を示す、式Iで表される相対強度比が0.0001〜1で保存特性が大幅改善されていることがわかった。特にプロピレンカーボネート(PC)に代表されるような環状カーボネート使用時およびヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)のようなルイス酸性の高い塩を使用した場合の効果が大きかった。しかしながら、相対強度比が0.5を超えると、放電時間比の大幅低下が認められており、式Iで表される相対強度比は0.0001〜0.5が好ましい範囲であり、さらに相対強度比0.0001〜0.01がより好ましい範囲であることがわかった。
製造条件の検討(調製例1〜調製例15)
二硫化鉄に四酸化三鉄を含む層を形成する際の製造条件について検討した。
二硫化鉄に四酸化三鉄を含む層を形成する際の製造条件について検討した。
<調製例1>
二硫化鉄を振動ミルにて十分に粉砕および混合を行い、その後、電気加熱炉にて、焼成処理を行うことで、二硫化鉄に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を形成するようにして、調製例1の正極材料を作製した。調製例1では、二硫化鉄の焼成処理は、不活性ガスである窒素ガスと、3体積%の酸素とが存在する炉内雰囲気中で、焼成温度370℃、保持時間9時間で行った。
二硫化鉄を振動ミルにて十分に粉砕および混合を行い、その後、電気加熱炉にて、焼成処理を行うことで、二硫化鉄に四酸化三鉄(Fe3O4)を含む層を形成するようにして、調製例1の正極材料を作製した。調製例1では、二硫化鉄の焼成処理は、不活性ガスである窒素ガスと、3体積%の酸素とが存在する炉内雰囲気中で、焼成温度370℃、保持時間9時間で行った。
<調製例2>
焼成処理の際に炉内雰囲気の酸素濃度を5体積%となるようにした点以外は、調製例1と同様にして、調製例2の正極材料を作製した。
焼成処理の際に炉内雰囲気の酸素濃度を5体積%となるようにした点以外は、調製例1と同様にして、調製例2の正極材料を作製した。
<調製例3>
焼成処理の際に炉内雰囲気の酸素濃度を6体積%となるようにした点以外は、調製例1と同様にして、調製例3の正極材料を作製した。
焼成処理の際に炉内雰囲気の酸素濃度を6体積%となるようにした点以外は、調製例1と同様にして、調製例3の正極材料を作製した。
<調製例4>
焼成処理の際に焼成温度を350℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例4の正極材料を作製した。
焼成処理の際に焼成温度を350℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例4の正極材料を作製した。
<調製例5>
焼成処理の際に焼成温度を400℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例5の正極材料を作製した。
焼成処理の際に焼成温度を400℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例5の正極材料を作製した。
<調製例6>
焼成処理の際に焼成温度を340℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例6の正極材料を作製した。
焼成処理の際に焼成温度を340℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例6の正極材料を作製した。
<調製例7>
焼成処理の際に焼成温度を410℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例7の正極材料を作製した。
焼成処理の際に焼成温度を410℃とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例7の正極材料を作製した。
<調製例8>
焼成処理の際に保持時間を1時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例8の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を1時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例8の正極材料を作製した。
<調製例9>
焼成処理の際に保持時間を2時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例9の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を2時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例9の正極材料を作製した。
<調製例10>
焼成処理の際に保持時間を3時間とした点以外は、調整例1と同様にして、調製例10の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を3時間とした点以外は、調整例1と同様にして、調製例10の正極材料を作製した。
<調製例11>
焼成処理の際に保持時間を5時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例11の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を5時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例11の正極材料を作製した。
<調製例12>
焼成処理の際に保持時間を10時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例12の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を10時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例12の正極材料を作製した。
<調製例13>
焼成処理の際に保持時間を12時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例13の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を12時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例13の正極材料を作製した。
<調製例14>
焼成処理の際に保持時間を24時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例14の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を24時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例14の正極材料を作製した。
<調製例15>
焼成処理の際に保持時間を30時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例15の正極材料を作製した。
焼成処理の際に保持時間を30時間とした点以外は、調製例1と同様にして、調製例15の正極材料を作製した。
次に作製した調製例1〜調製例15の正極材料について電解液に対する耐溶解性について評価した。評価は、作製した正極材料を電解液に浸漬し、電解液に浸漬する前後における正極材料の重量変化を確認して、電解液に対する耐溶解性について良好なものを○、良好でないものを×として行った。なお、電解液は、プロピレンカーボネート(PC)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比(PC:DME)=1:1で混合した混合溶媒に電解質塩として、LiPF6を添加して、LiPF6のモル濃度が1.0mol/lとなるように調製したものを用いた。評価結果を表4に示す。
表4に示すように、二硫化鉄を、不活性ガスと、5体積%以下の酸素とが存在する雰囲気中で、焼成温度350℃〜400℃、保持時間が9時間で焼成処理した調製例1〜調製例2および調製例4〜調製例5では、電解液に対する耐溶解性は良好であったが、上記酸素濃度および焼成温度範囲の少なくとも何れかから外れた条件で焼成処理した、調整例3および調製例6〜調製例7では、電解液に対する耐溶解性は良好ではなかった。すなわち、電解液に対する良好な耐溶解性を得るためには、二硫化鉄を、不活性ガスと、5体積%以下の酸素とが存在する雰囲気中において、焼成温度が350℃〜400℃で焼成処理する必要があることがわかった。
また、保持時間が3時間以上の調製例10〜調製例15では、電解液に対する耐溶解性は良好であったが、保持時間が3時間未満の調製例8〜調製例9では、電解液に対する耐溶解性は良好ではなかった。さらに、表4には示さないが、調製例8〜調製例15の正極材料において、被膜形成層の総厚を確認したところ、保持時間が12時間を超える調製例14〜調製例15では、被膜形成層の総厚の変化がほとんどみられず、さらに、保持時間が24時間を超える調製例15では、採算性、生産効率が悪くなってしまう。すなわち、焼成処理の際の保持時間は、電解液に対する良好な耐溶解性を得られる点から、3時間以上必要であり、採算性、生産効率を考慮すると、24時間以下が好ましいことがわかった。
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、実施例には単4形のリチウム/二硫化鉄一次電池を用いたが、この発明は、正極活物質として硫化鉄、負極としてはリチウムに加え、ナトリウムなどのアルカリ金属やそれらの合金を用いた場合にも適用可能である。また、電池形状も筒型に加え、ボタン型、コイン型、角型などに適用可能である。
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・・・熱感抵抗素子
10・・・封口ガスケット
11・・・正極リード
12・・・負極リード
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・・・熱感抵抗素子
10・・・封口ガスケット
11・・・正極リード
12・・・負極リード
Claims (8)
- 二硫化鉄に四酸化三鉄が含まれたこと
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料。 - 上記二硫化鉄の表面の少なくとも一部に上記四酸化三鉄を含む層が設けられたこと
を特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料。 - 上記四酸化三鉄は、CuKα線によるX線回折において、式Iで定義される上記二硫化鉄に対する相対強度比が0.0001〜0.5であること
を特徴とする請求項1記載のリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料。
(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)・・・(式I)
〔Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)は、2θ=35°〜35.5°に現れる(311)面のFe3O4によるピーク強度を示す。FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)は、2θ=32.5°〜33.5°に現れる(200)面のFeS2によるピーク強度を示す。〕 - 二硫化鉄を正極活物質として含む正極と、リチウムを負極活物質として含む負極と、有機電解液とを備え、
上記二硫化鉄に四酸化三鉄が含まれたこと
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池。 - 上記二硫化鉄の表面の少なくとも一部に上記四酸化三鉄を含む層が設けられたこと
を特徴とする請求項4記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。 - 上記四酸化三鉄は、CuKα線によるX線回折において、式Iで定義される上記二硫化鉄に対する相対強度比が0.0001〜0.5であること
を特徴とする請求項4記載のリチウム/二硫化鉄一次電池。
(相対強度比)=Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)/FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)・・・(式I)
〔Fe3O4(311)(2θ=35°〜35.5°)は、2θ=35°〜35.5°に現れる(311)面のFe3O4によるピーク強度を示す。FeS2(200)(2θ=32.5°〜33.5°)は、2θ=32.5°〜33.5°に現れる(200)面のFeS2によるピーク強度を示す。〕 - 二硫化鉄を、不活性ガスと5体積%以下の酸素とが存在する雰囲気中において、焼成温度が350℃〜400℃、保持時間が3時間〜24時間で焼成処理すること
を特徴とするリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料の製造方法。 - 上記不活性ガスは、窒素ガスまたはアルゴンガスであること
を特徴とする請求項7記載のリチウム/二硫化鉄一次電池用正極材料の製造方法。
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