JP2015069789A - リチウム一次電池 - Google Patents
リチウム一次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015069789A JP2015069789A JP2013202124A JP2013202124A JP2015069789A JP 2015069789 A JP2015069789 A JP 2015069789A JP 2013202124 A JP2013202124 A JP 2013202124A JP 2013202124 A JP2013202124 A JP 2013202124A JP 2015069789 A JP2015069789 A JP 2015069789A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium
- positive electrode
- primary battery
- active material
- 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.)
- Granted
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 17
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002388 carbon-based active material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 4
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- FBDMJGHBCPNRGF-UHFFFAOYSA-M [OH-].[Li+].[O-2].[Mn+2] Chemical compound [OH-].[Li+].[O-2].[Mn+2] FBDMJGHBCPNRGF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 150000002641 lithium Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/06—Electrodes for primary cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
- H01M4/382—Lithium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/40—Alloys based on alkali metals
- H01M4/405—Alloys based on lithium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/502—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese for non-aqueous cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/16—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/50—Methods or arrangements for servicing or maintenance, e.g. for maintaining operating temperature
- H01M6/5005—Auxiliary electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
【課題】低温環境下でも大電流放電が可能なリチウム一次電池を提供する。【解決手段】シート状の正極２０とシート状の負極３０がセパレータ４０を介して対向配置されてなる電極体１０を非水系有機電解液とともに外装体１１内に封入してなり、正極は、リチウムイオンの吸蔵が可能な正極活物質を含む正極材料２２をシート状の集電体２１表面に塗布してなり、負極は、表裏を貫通する孔が形成されたシート状の集電体３１の一主面３４側にリチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素活物質を含む負極材料３２が塗布されるとともに、負極集電体の他方の面３５側にリチウム金属あるいはリチウム合金からなる負極活物質３３が貼着されてなるリチウム一次電池１としている。【選択図】 図１
Description
本発明はリチウム一次電池に関する。具体的には、低温環境下でのリチウム一次電池の放電特性改良技術に関する。
リチウム一次電池は、リチウム金属やリチウム合金を負極活物質とした負極と、二酸化マンガン、酸化銅、フッ化黒鉛などを正極活物質とした正極を備え、正極と負極がセパレータを介して対向配置されてなる電極体が電池缶などの外装体内に非水系有機電解液とともに密封された構造を有している。
リチウム一次電池は、高エネルギー密度を有するとともに、長期間に亘る放電が可能で、放電末期まで電圧降下が少ないという特性を有し、定置型のガスメータや水道メーターの電源など、長期に亘って機器に電力を供給し続ける用途に広く用いられている。また、未使用の状態で長期間保存できるという特性も有している。本発明に関連して、以下の非特許文献１には動作原理や構造が異なる各種リチウム一次電池について記載されている。以下の非特許文献２には、本発明の利用分野に関連する技術について記載されている。
ＦＤＫ株式会社、"リチウム電池"、[online]、[平成２５年９月７日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fdk.co.jp/battery/lithium/index.html＞
マークラインズ株式会社、"市場・技術レポート「2009年に本格展開を開始する、欧州のeCall自動緊急通報サービス」"、[online]、[平成２５年９月７日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.marklines.com/ja/report/rep355_200503＞
近年、電池を動力源とした電子機器において、長期間に亘って定常動作しつつ、その定常動作中に外部から衝撃が加えられるなど何らかの条件が満たされたときには、非常時として定常動作とは異なる動作を行い、しかもその非常時の動作では大電流を要するものがある。例えば、上記非特許文献２に記載されているような自動車の緊急通報システムでは、衝撃などを検出するセンサーからの信号を常時監視するような定常動作を長期間に亘って行いつつ、エアバッグなどが作動するなど事故が発生したと判断されるような条件が満たされると、位置情報などの救急救命に役立つ情報を移動体通信網を介して所定の連絡先（警察、消防、自動車販売会社のサポートセンターなど）に送信する。
周知のごとく、携帯電話などの移動体通信装置は、音声やデータを送受信する際に大電力、すなわち大電流を必要とする。しかも緊急通報システムでは、事故の発生場所がどのような環境であっても確実に動作することも必要となる。例えば、高緯度地域など冬期に氷点下数十度以下となる極寒地でも動作することが求められる。しかしながら、従来のリチウム一次電池では、定常動作用の電源には適しているものの、低温環境下で大電流を放電できる性能を備えていない。
また、緊急通報システムの動力源である電池は基本的に「使い捨て」である。システムが動作したときは、そのシステムが搭載される車自体がすでに損傷している可能性が高いので、充放電を繰り返しながら使用する二次電池を使用する必要性が極めて低い。加えて、二次電池は一次電池よりも高価である。充電回路や過充電を防止する制御回路などの複雑な電子回路を別途設ける必要もある。
さらに緊急通報システムに採用される電池には、救護者が到着するまで継続して緊急通報動作を行える放電容量が求められる。しかし二次電池は放電容量が少なく、二次電池としては放電容量が大きいリチウム二次電池であっても、リチウム一次電池と比較すれば放電容量は少ない。そのため、二次電池を緊急通報システムの電源として採用することには問題が多い。
そこで本発明は、低温環境下でも大電流放電が可能なリチウム一次電池を提供することを目的としている。
上記目的を達成するための主たる発明は、シート状の正極とシート状の負極がセパレータを介して対向配置されてなる電極体を非水系有機電解液とともに外装体内に封入してなるリチウム一次電池であって、
前記正極は、リチウムイオンの吸蔵が可能な正極活物質を含む正極材料をシート状の集電体表面に塗布してなり、
前記負極は、表裏を貫通する孔が形成されたシート状の集電体の一主面側にリチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素活物質を含む負極材料が塗布されるとともに、当該集電体の他方の面側にリチウム金属あるいはリチウム合金からなる負極活物質が貼着されてなるリチウム一次電池である。その他の発明は、前記正極活物質が二酸化マンガンであるリチウム一次電池である。
前記正極は、リチウムイオンの吸蔵が可能な正極活物質を含む正極材料をシート状の集電体表面に塗布してなり、
前記負極は、表裏を貫通する孔が形成されたシート状の集電体の一主面側にリチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素活物質を含む負極材料が塗布されるとともに、当該集電体の他方の面側にリチウム金属あるいはリチウム合金からなる負極活物質が貼着されてなるリチウム一次電池である。その他の発明は、前記正極活物質が二酸化マンガンであるリチウム一次電池である。
本発明のリチウム二次電池によれば、低温環境下でも大電流放電が可能となる。その他の効果については以下の記載で明らかにする。
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。
＝＝＝実施例＝＝＝
図１は本発明の実施例に係るリチウム一次電池１の構造を示す図である。図１（Ａ）はその外観を示す図であり、（Ｂ）は内部構造を示す図であり、（Ａ）におけるａ−ａ矢視断面を模式的に示している。例示したリチウム一次電池１は、（Ａ）に示したように、ラミネートフィルムの外装体１１内に正極、負極および電解液からなる発電要素が封入されているとともに、外装体１１の外側に、内部の正極と負極のそれぞれに接続されて外部の負荷に電力を供給するための正極と負極のそれぞれの端子板（１２、１３）を導出させた構造（以下、完全密閉構造とも言う）を有している。
図１は本発明の実施例に係るリチウム一次電池１の構造を示す図である。図１（Ａ）はその外観を示す図であり、（Ｂ）は内部構造を示す図であり、（Ａ）におけるａ−ａ矢視断面を模式的に示している。例示したリチウム一次電池１は、（Ａ）に示したように、ラミネートフィルムの外装体１１内に正極、負極および電解液からなる発電要素が封入されているとともに、外装体１１の外側に、内部の正極と負極のそれぞれに接続されて外部の負荷に電力を供給するための正極と負極のそれぞれの端子板（１２、１３）を導出させた構造（以下、完全密閉構造とも言う）を有している。
（Ｂ）に示したように、外装体１１内には、シート状の正極２０とシート状の負極３０がセパレータ４０を介して対向配置させてなる電極体１０が収納されている。この例では、正極２０は、スラリー状の正極材料２２をステンレス製のエキスパンドメタルからなるシート状の正極集電体２１に塗布したものである。負極３０は、表裏を貫通する多数の孔が形成された銅箔からなるシート状の負極集電体３１の一主面（おもて面とする）３４側にリチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素材料（例えば、ハードカーボン、以下、炭素活物質とも言う）を含む負極材料３２を塗布し、他方の面（裏面とする）３５側に板状のリチウム金属３３を貼着した構造である。そして、負極３０の負極材料３２側がセパレータ４０を介して正極２０と対向配置されて電極体１０が構成されている。なお、正極２０と負極３０のそれぞれの集電体（２１、３１）には端子板（１２、１３）が接続されており、その端子板（１２、１３）が外装体１１の外側に導出されている。
上記構造を備えたリチウム一次電池１では、負極材料３２に含まれる炭素活物質にリチウム金属３３を起源としたリチウムイオンが離脱可能に吸蔵される。それによって、炭素活物質がリチウム金属３３とともに負極活物質として機能し、実質的に負極３０における還元反応に寄与する表面積が増大し、その結果として、低温環境下でも大電流放電が可能となっている。
＝＝＝サンプル＝＝＝
上記実施形態に係るリチウム一次電池１の性能を確認するために、上記構成のリチウム一次電池（実施例とも言う）１をサンプルとして作製した。ここでは、各種リチウム一次電池の中でも３．０Ｖの公称電圧が得られ、耐衝撃性に優れた二酸化マンガンリチウム電池をサンプルとして作製した。サンプルの製造手順としては、まず、正極活物質となる電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）、導電材となる炭素材料、およびフッ素系バインダーをそれぞれ９３ｗｔ％、３ｗｔ％、および４ｗｔ％の割合で混合したものを純水によりスラリー状にして正極材料２２とした。ついで、その正極材料２２をエキスパンドメタルからなる正極集電体２１の両面に塗布して圧着することで正極２０を作製した。また、正極集電体２１に正極端子板１２を溶接などによって接続した。
上記実施形態に係るリチウム一次電池１の性能を確認するために、上記構成のリチウム一次電池（実施例とも言う）１をサンプルとして作製した。ここでは、各種リチウム一次電池の中でも３．０Ｖの公称電圧が得られ、耐衝撃性に優れた二酸化マンガンリチウム電池をサンプルとして作製した。サンプルの製造手順としては、まず、正極活物質となる電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）、導電材となる炭素材料、およびフッ素系バインダーをそれぞれ９３ｗｔ％、３ｗｔ％、および４ｗｔ％の割合で混合したものを純水によりスラリー状にして正極材料２２とした。ついで、その正極材料２２をエキスパンドメタルからなる正極集電体２１の両面に塗布して圧着することで正極２０を作製した。また、正極集電体２１に正極端子板１２を溶接などによって接続した。
負極３０側については、リチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素活物質と導電助剤とバインダーをそれぞれ９０％、５％、５％の割合で含んだスラリーを負極材料３２として、この負極材料３２を負極集電体３１のおもて面３４に塗布した。さらに負極集電体３１の裏面３５に平板状のリチウム金属３３を貼着した。また、負極集電体３１に負極端子板１３を溶接などによって接続した。なお、炭素活物質として平均粒径が１０μｍのものと、２０μｍのものとを用意し、サンプルに応じて異なる平均粒径の炭素活物質を含む負極材料３２を負極集電体３１のおもて面３４に塗布した。
上述した手順で作製した正極２０と負極３０を真空乾燥させた後、負極３０の負極材料３２側と正極２０とをポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ４０を介して対向させて積層したものを電極体１０とした。そしてアルミラミネートフィルムからなる外装体１１内にその電極体１０を電解液とともに収納するとともに、正負両極（２０、３０）の端子板（１２、１３）を外装体１１外に突出させた状態で外装体１１の周縁を封止してサンプルを完成させた。電解液には、環状カーボネートからなるエチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）、および鎖状エーテルの１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）を、それぞれ２０ｗｔ％と２０ｗｔ％、および６０ｗｔ％の割合となるように配合した非水溶液に、支持塩としてＬｉＣＦ３ＳＯ４を０．８Ｍの濃度となるように溶解させたものを用いた。
また、実施例１に対する比較例に係るサンプルとして、負極に炭素材料を用いず、シート状の銅箔のおもて面にリチウム金属を貼着した構造の負極を用いた以外は、実施例１と同様の構成や構造を有するリチウム一次電池を作製した。
＝＝＝サンプルの特性＝＝＝
＜大電流放電特性＞
上述した実施例１および比較例に係るサンプルについて、−２０℃の温度環境下で低負荷パルス放電試験を行い、低温環境下での大電流放電特性を調べた。パルス放電試験は、サンプルであるリチウム一次電池に負荷を接続して１００ｍＡの電流で１秒間放電させた後５秒間放電を休止させる１サイクル分の動作を３サイクル連続させることで行った。そして、図２に示したように、各サイクルにおいて負荷を掛ける前の開路電圧Ｖ１と各サイクルにおいて負荷をかけているときの閉路電圧の最低値Ｖ２を測定し、その差ΔＶ＝（Ｖ１−Ｖ２）を試験結果とした。
＜大電流放電特性＞
上述した実施例１および比較例に係るサンプルについて、−２０℃の温度環境下で低負荷パルス放電試験を行い、低温環境下での大電流放電特性を調べた。パルス放電試験は、サンプルであるリチウム一次電池に負荷を接続して１００ｍＡの電流で１秒間放電させた後５秒間放電を休止させる１サイクル分の動作を３サイクル連続させることで行った。そして、図２に示したように、各サイクルにおいて負荷を掛ける前の開路電圧Ｖ１と各サイクルにおいて負荷をかけているときの閉路電圧の最低値Ｖ２を測定し、その差ΔＶ＝（Ｖ１−Ｖ２）を試験結果とした。
図３にパルス放電試験の結果を示した。この図３において、サンプルＡとＢは実施例１であり、サンプルＡは負極３０の負極材料３２に平均粒径２０μｍの炭素活物質を用いたものであり、サンプルＢは平均粒径１０μｍの炭素活物質を用いたものである。サンプルＣは比較例である。図３では、サンプルＡ、Ｂ、およびＣのそれぞれにおける各サイクルでの電圧差ΔＶを相対値によって示しており、各サイクルにおける比較例の電圧差ΔＶを１００％としている。そして実施例１に対応するサンプルＡとＢは、いずれも比較例（サンプルＣ）に対して電圧差ΔＶが小さくなった。すなわち、低温環境下で大電流放電を行っても電圧降下が起きないことが確認できた。サンプルＡとＢを比較すると、平均粒径が小さく表面積が大きな炭素活物質を用いたサンプルＢのほうがサンプルＡよりも低温環境下での大電流放電性能に優れていた。
＜内部抵抗＞
各サンプルＡ〜Ｃについて、−２０℃の温度環境下での内部抵抗ＩＲを交流法（周波数１ＫＨｚ）により測定した。図４に各サンプルにおける内部抵抗ＩＲを示した。図４ではサンプルＡとＢの内部抵抗ＩＲをサンプルＣの内部抵抗ＩＲを１００％としたときの相対値で示している。ここに示したように、実施例１のサンプルＡとＢの内部抵抗ＩＲは、比較例のサンプルＣに対して６０％以下であった。またサンプルＡとＢでは内部抵抗ＩＲに大きな差は見られなかったが、負極活物質の平均粒径が小さいサンプルＢの方が僅かに内部抵抗ＩＲが小さかった。
各サンプルＡ〜Ｃについて、−２０℃の温度環境下での内部抵抗ＩＲを交流法（周波数１ＫＨｚ）により測定した。図４に各サンプルにおける内部抵抗ＩＲを示した。図４ではサンプルＡとＢの内部抵抗ＩＲをサンプルＣの内部抵抗ＩＲを１００％としたときの相対値で示している。ここに示したように、実施例１のサンプルＡとＢの内部抵抗ＩＲは、比較例のサンプルＣに対して６０％以下であった。またサンプルＡとＢでは内部抵抗ＩＲに大きな差は見られなかったが、負極活物質の平均粒径が小さいサンプルＢの方が僅かに内部抵抗ＩＲが小さかった。
以上の結果より、従来のリチウム一次電池と実質的に同じ構成の比較例（サンプルＣ）では、低温時におけるリチウムイオンの移動速度の低下が大電流放電特性の劣化や内部抵抗の上昇として顕在化し、実施例１に係るリチウム一次電池１では、低温時の電荷（リチウムイオン）の移動速度の低下を炭素材料に吸蔵されていたリチウムイオンの量で補うことで低温時での大電流放電が可能となり、表面積の大きな炭素材料がリチウムイオンの放出を容易にして内部抵抗の上昇も抑えられたものと思われる。
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
当然のことではあるが、本発明は、その要旨を越えない限り、上記実施例に限定されるものではない。例えば、正極活物質の種類や電解液の組成などは従来のリチウム一次電池と同様のものを採用することが可能である。リチウム一次電池の構造も上記の完全密閉型に限らず、外装体が電極端子を兼ねる周知のコイン型、インサイドアウト型、スパイラル型などであってもよい。構造や構成は用途に応じて適宜なものを採用すればよい。いずれにしても、表裏を貫通する孔の開いた集電体の一方の面にリチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素材料が配置され、他方の面にリチウムイオンの起源となるリチウム金属やリチウム合金が配置された負極構造を備えていればよい。
当然のことではあるが、本発明は、その要旨を越えない限り、上記実施例に限定されるものではない。例えば、正極活物質の種類や電解液の組成などは従来のリチウム一次電池と同様のものを採用することが可能である。リチウム一次電池の構造も上記の完全密閉型に限らず、外装体が電極端子を兼ねる周知のコイン型、インサイドアウト型、スパイラル型などであってもよい。構造や構成は用途に応じて適宜なものを採用すればよい。いずれにしても、表裏を貫通する孔の開いた集電体の一方の面にリチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素材料が配置され、他方の面にリチウムイオンの起源となるリチウム金属やリチウム合金が配置された負極構造を備えていればよい。
本発明は、例えば、自動車の緊急通報システムの電源などに好適である。
１ リチウム一次電池、１０ 電極体、１１ 外装体、１２ 正極端子板、
１３ 負極端子板、２０ 正極、２１ 正極集電子、２２ 正極材料、３０ 負極、
３１ 負極集電子、３２ 負極材料、３３ リチウム金属、４０ セパレータ
１３ 負極端子板、２０ 正極、２１ 正極集電子、２２ 正極材料、３０ 負極、
３１ 負極集電子、３２ 負極材料、３３ リチウム金属、４０ セパレータ
Claims (2)
- シート状の正極とシート状の負極がセパレータを介して対向配置されてなる電極体を非水系有機電解液とともに外装体内に封入してなるリチウム一次電池であって、
前記正極は、リチウムイオンの吸蔵が可能な正極活物質を含む正極材料をシート状の集電体表面に塗布してなり、
前記負極は、表裏を貫通する孔が形成されたシート状の集電体の一主面側にリチウムイオンの吸蔵と離脱が可能な炭素活物質を含む負極材料が塗布されるとともに、当該集電体の他方の面側にリチウム金属あるいはリチウム合金からなる負極活物質が貼着されてなる、
ことを特徴とするリチウム一次電池。 - 前記正極活物質は二酸化マンガンであることを特徴とする請求項１に記載のリチウム一次電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013202124A JP6190682B2 (ja) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | リチウム一次電池 |
| PCT/JP2014/075425 WO2015046329A1 (ja) | 2013-09-27 | 2014-09-25 | リチウム一次電池 |
| US15/022,089 US9711788B2 (en) | 2013-09-27 | 2014-09-25 | Primary lithium battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013202124A JP6190682B2 (ja) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | リチウム一次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015069789A true JP2015069789A (ja) | 2015-04-13 |
| JP6190682B2 JP6190682B2 (ja) | 2017-08-30 |
Family
ID=52743463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013202124A Active JP6190682B2 (ja) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | リチウム一次電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9711788B2 (ja) |
| JP (1) | JP6190682B2 (ja) |
| WO (1) | WO2015046329A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6471007B2 (ja) * | 2015-03-09 | 2019-02-13 | Fdk株式会社 | リチウム一次電池 |
| US10707531B1 (en) | 2016-09-27 | 2020-07-07 | New Dominion Enterprises Inc. | All-inorganic solvents for electrolytes |
| US10615408B1 (en) | 2018-02-23 | 2020-04-07 | Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Hybrid primary lithium battery |
| CN112436160A (zh) * | 2020-12-05 | 2021-03-02 | 隆能科技(南通)有限公司 | 一种超低温高容量一次锂电池及其制备方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006057110A1 (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | リチウム一次電池およびその製造法 |
| JP2009099466A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Panasonic Corp | 非水電解液電池およびその製造方法 |
| JP2009123549A (ja) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Panasonic Corp | リチウム一次電池 |
| JP2009224102A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Hitachi Maxell Ltd | 扁平型電池 |
| JP2009266392A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム一次電池 |
| JP2009277650A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-26 | Panasonic Corp | リチウム一次電池用負極およびリチウム一次電池 |
| JP2010086733A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 非水電解液リチウム一次電池 |
| JP2010086737A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 非水電解液電池 |
| JP2010165498A (ja) * | 2009-01-14 | 2010-07-29 | Panasonic Corp | リチウム一次電池 |
| JP2011091034A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-05-06 | Panasonic Corp | リチウム一次電池 |
-
2013
- 2013-09-27 JP JP2013202124A patent/JP6190682B2/ja active Active
-
2014
- 2014-09-25 US US15/022,089 patent/US9711788B2/en active Active
- 2014-09-25 WO PCT/JP2014/075425 patent/WO2015046329A1/ja active Application Filing
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006057110A1 (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | リチウム一次電池およびその製造法 |
| JP2009099466A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Panasonic Corp | 非水電解液電池およびその製造方法 |
| JP2009123549A (ja) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Panasonic Corp | リチウム一次電池 |
| JP2009224102A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Hitachi Maxell Ltd | 扁平型電池 |
| JP2009277650A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-26 | Panasonic Corp | リチウム一次電池用負極およびリチウム一次電池 |
| JP2009266392A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム一次電池 |
| JP2010086733A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 非水電解液リチウム一次電池 |
| JP2010086737A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 非水電解液電池 |
| JP2010165498A (ja) * | 2009-01-14 | 2010-07-29 | Panasonic Corp | リチウム一次電池 |
| JP2011091034A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-05-06 | Panasonic Corp | リチウム一次電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9711788B2 (en) | 2017-07-18 |
| WO2015046329A1 (ja) | 2015-04-02 |
| US20160226063A1 (en) | 2016-08-04 |
| JP6190682B2 (ja) | 2017-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Failure study of commercial LiFePO4 cells in overcharge conditions using electrochemical impedance spectroscopy | |
| JP5452202B2 (ja) | リチウムイオン電池およびその製造方法 | |
| CN103078076B (zh) | 复合隔离膜及使用此隔离膜的锂离子电池 | |
| CN101361215A (zh) | 电池 | |
| US10629963B2 (en) | Battery cell having a detection interface | |
| JP6190682B2 (ja) | リチウム一次電池 | |
| KR20060111839A (ko) | 초고용량 캐패시터을 구비하는 전극 조립체 및 이를포함하는 리튬 이차 전지 | |
| US20170301922A1 (en) | Alkali-metal batteries with a dendrite-free anode interfacing an organic liquid electrolyte | |
| CN115101802A (zh) | 电化学装置和电子装置 | |
| JP2004273139A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP6062668B2 (ja) | 二次電池及び二次電池モジュール | |
| JP2015065028A (ja) | 非水マグネシウム二次電池 | |
| US20070054188A1 (en) | High-temperature electrochemical cell and battery | |
| JP2009283218A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP2017098012A (ja) | リチウム電池 | |
| US7648798B2 (en) | Battery with electrolyte containing aluminum salt | |
| JP2012113841A (ja) | 非水電解質二次電池及びそれを用いた電源装置 | |
| JP2000353502A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2012212621A (ja) | 電気化学セル用バインダー及びそれかなるペースト及び電極 | |
| JP2005293960A (ja) | リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 | |
| JPWO2019031380A1 (ja) | 電極、電池、電池パック、車両、蓄電システム、電動工具及び電子機器 | |
| JP2007018834A (ja) | 電気化学素子 | |
| JP2013118058A (ja) | 蓄電デバイス | |
| JP6471007B2 (ja) | リチウム一次電池 | |
| CN102110824A (zh) | 一种锂-二硫化铁电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160819 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20161102 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170425 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170623 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170711 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170807 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6190682 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |