JP2668678B2 - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JP2668678B2
JP2668678B2 JP61265840A JP26584086A JP2668678B2 JP 2668678 B2 JP2668678 B2 JP 2668678B2 JP 61265840 A JP61265840 A JP 61265840A JP 26584086 A JP26584086 A JP 26584086A JP 2668678 B2 JP2668678 B2 JP 2668678B2
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吉野  彰
雅彦 四方
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は新規な二次電池、更には小型、軽量二次電池
に関する。 [従来の技術] 近年、電子機器の小型化、軽量化は目覚ましく、それ
に伴い電源となる電池に対しても小型軽量化の要望が非
常に大きい。一次電池の分野では既にリチウム電池等の
小型軽量電池が実用化されているが、これらは一次電池
であるが故に繰り返し使用できず、その用途分野は限ら
れたものであった。一方、二次電池の分野では従来より
鉛電池、ニッケル−カドミ電池が用いられてきたが両者
共、小型軽量化という点で大きな問題点を有している。
かかる観点から、非水系二次電池が非常に注目されてき
ているが、未だ実用化に至っていない。その理由の一つ
は該二次電池に用いる電極活物質でサイクル性、自己放
電特性等の実用物性を満足するものが見出されていない
点にある。 一方、従来のニッケル−カドミ電池、鉛電池などと本
質的に異なる反応形式である層状化合物のインターカレ
ーション、又はドーピング現象を利用した新しい群の電
極活物質が注目を集めている。 かかる新しい電極活物質は、その充電、放電における
電気化学的反応において複雑な化学反応を起こさないこ
とから、極めて優れた充放電サイクル性が期待されてい
る。中でもカーボンを活物質として用いることが提案さ
れ、注目されている。 一方、従来正極材料として、例えばTiS2,MoS2といっ
た金属カルコゲナイト化合物等が考えられていた。但
し、これらのものはカーボンと組合わせた場合、起電力
が小さく期待されていたほどの性能は見出されていなか
った。 [発明が解決しようとする問題点] 前述の如く、カーボンを負極活物質として用いた二次
電池において、正極活物質の選択が極めて重要な課題と
して残されていた。 [問題点を解決する為の手段及び作用] 本発明は前述の問題点を解決し、電池性能、特に出力
特性に優れた高性能、高エネルギー密度の小型軽量二次
電池を提供するためになされたものである。 本発明によれば構成要素としてすくなくとも正極、負
極、セパレーター、非水電解液からなり、3.9V以上の起
電力を有する二次電池であって、正極として、LiCoO2
び/又はLiNiO2を用い、負極としてカーボン(BET法比
表面積A(m2/g)が0.1<A<100の範囲で、かつX線回
折における結晶厚みLc(Å)と真密度ρ(g/cm3)の値
が条件1.80<ρ<2.18、15<Lcかつ120ρ−227<Lc<12
0ρ−189を満たす範囲にある炭素質材料を除く。)を用
いることを特徴とする二次電池が提供される。 本発明でいうカーボンとは、特に限定しないが、その
一例を挙げれば、特開昭58−35,881号、特開昭59−173,
979号、特開昭59−207,568号公報等に記載の活性炭等の
高表面積炭素材料、又は、特開昭58−209,864号公報等
に記載のフェノール系樹脂等の焼成炭化物、又、特開昭
61−111,907号公報に記載の縮合多環炭化水素、複素環
多環系化合物の炭化により得られるカーボンウィスカ
ー、更には本発明者らによる特願昭61−103,785号に記
載の気相成長法炭素繊維、ピッチ系炭化物等(但し、BE
T法比表面積A(m2/g)が0.1<A<100の範囲で、かつ
X線回折における結晶厚みLc(Å)と真密度ρ(g/c
m3)の値が条件1.80<ρ<2.18、15<Lcかつ120ρ−227
<Lc<120ρ−189を満たす範囲にある炭素質材料を除
く。)が挙げられる。 前述の如くかかるカーボンを負極として用いる場合、
用いる正極の選択が極めて重要であり、本発明者らはLi
CoO2及び/又はLiNiO2と、カーボンとの組合せにより極
めて優れた電池性能が得られることを見出した。 本発明で用いるLiCoO2、LiNiO2は、炭酸リチウム、酸
化リチウム等のリチウム化合物と、コバルト及び/又は
ニッケルの金属、酸化物、水酸化物、炭酸塩或いは硝酸
塩との焼成反応により製造される。 本発明による正、負極の組合せの新規な二次電池は、
第1の特徴として、起電力が3.9V〜4.2Vと非常に高いこ
とである。 従って前述の如くカーボン負極はその放電に伴い1V前
後の電位変化を示すが、かかる本発明の二次電池におい
ては、負極側で1V近い電圧降下があっても、まだ十分に
実用的な範囲の電圧を維持することができる。 第2の特徴として、カーボン,LiCoO2、LiNiO2は、い
ずれも極めて安定な化合物であり、電池組立が容易にで
き工業的に大きな利点となる。 第3の特徴として、充電、放電反応に必要なLi源とし
て、既にLiCoO2、LiNiO2に含有されており、他の正極材
料、例えばTiS2,V6O13等を用いる場合の如くLi源として
金属リチウム等を電池組立時に用いる必要がない。これ
は工業的に極めて大きな利点である。 本発明の非水系二次電池を組立てる場合の基本構成要
素として、前記本発明の活物質を用いた電極、更にはセ
パレーター、非水電解液が挙げられる。セパレーターと
しては特に限定されないが、織布、不織布、ガラス織
布、合成樹脂微多孔膜等が挙げられるが、前述の如く、
薄膜、大面積電極を用いる場合には、例えば特開昭58−
59072号に開示される合成樹脂微多孔膜、特にポリオレ
フィン系微多孔膜が、厚み、強度、膜抵抗の面で好まし
い。 非水電解液の電解質としては特に限定されないが、一
例を示せば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,CF3SO3Li,LiPF6,Li
I,LiAlCl4,NaClO4,NaBF4,NaI,(n−Bu)4N ClO4,(n
−Bu)4N BF4,KPF6等が挙げられる。又、用いられる電
解液の有機溶媒としては、例えばエーテル類、ケトン
類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、硫
黄化合物、塩素化炭化水素類、エステル類、カーボネー
ト類、ニトロ化合物、リン酸エステル系化合物、スルホ
ラン系化合物等を用いることができるが、これらのうち
でもエーテル類、ケトン類、ニトリル類、塩素化炭化水
素類、カーボネート類、スルホラン系化合物が好まし
い。更に好ましくは環状カーボネート類である。 これらの代表例としては、テトラヒドロフラン、2−
メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、アニソ
ール、モノグライム、アセトニトリル、プロピオニトリ
ル、4−メチル−2−ペンタノン、ブチロニトリル、バ
レロニトリル、ベンゾニトリル、1,2−ジクロロエタ
ン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタン、メチルフ
ォルメイト、プロピレンカーボネート、エチレンカーボ
ネート、ビニレンカーボネート、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、ジメチルチオホルムアミ
ド、スルホラン、3−メチル−スルホラン、リン酸トリ
メチル、リン酸トリエチルおよびこれらの混合溶媒等を
あげることができるが、必ずしもこれらに限定されるも
のではない。 更に要すれば、集電体、端子、絶縁板等の部品を用い
て電池が構成される。又、電池の構造としては、特に限
定されるものではないが、正極、負極、更に要すればセ
パレーターを単層又は複層としたペーパー型電池、積層
型電池、又は正極、負極、更に要すればセパレーターを
ロール状に巻いた円筒状電池等の形態が一例として挙げ
られる。 [発明の効果] 本発明の電池は小型軽量であり、特にサイクル特性、
自己放電特性に優れ、小型電子機器用、電気自動車用、
電力貯蔵用等の電源として極めて有用である。 [実施例] 以下、実施例、比較例により本発明を更に詳しく説明
する。 実施例1 LiCO33.3モル、Co3O42.0モルを混合した後、空気中で
870℃で8時間焼成し、LiCoO2を得た。このLiCoO2の粉
末100重量部、及び20重量部のグラファイト粉末をポリ
フッ化ビニリデンのジメチルホルムアミド溶液(2重量
%濃度)100重量部に分散せしめた後1cm×5cm角のアル
ミ箔(15μ)に塗布し、乾燥時125μの正極を得た。 一方ニードルコークス(興亜石油社製KOA−SJ−Cok
e)の平均粒径10μの粉末100重量部をポリアクリロニト
リルのジメチルホルムアミド溶液(4重量%濃度)100
重量部に分散せしめた後、1cm×5cm角の銅箔(10μ)に
塗布し、乾燥時75μの負極を得た。 電解液として1.0M過塩素酸リチウムのプロピレンカー
ボネート溶液を、又、セパレーターとして35μのポリエ
チレン微多孔膜を用い、第1図に示す電池を組立てた。 5mAの定電流で充電したところ、開放端子電圧3.95Vを
示した。その後5mAの定電流で1.5Vまで放電した。この
後5mAの定電流で1時間充電し、5mA定電流で1.5Vまでの
放電サイクルを繰り返した。 この時の電池性能を第1表に示す。 参考例 実施例1においてCo3O42.0モルの代りに、NiO6モルを
用い、酸素中にて900℃で48時間焼成し、LiNiO2を得
た。 このLiNiO2を用い実施例1と同じ操作により電池を組
立たところ開放端子電圧3.83Vを示した。 比較例1 V6O13の組成を有するバナジウム酸化物の粉末100重量
部と粉末グラファイト20重量部をポリフッ化ビニリデン
のジメチルホルムアミド溶液(2.0重量%濃度)100重量
部に分散せしめた後1cm×5cm角のアルミ箔(15μ)に塗
布し、乾燥時125μの正極を得た。 実施例1で作成したものと全く同一の負極を用い、上
記正極に圧延したリチウム金属箔を貼り合わせた正極を
用い第1図に示す電池を作成した。 実施例1と同じ方法で電池評価をしたところ、開放端
子電圧3.20Vを示した。 この電池の性能を第1表に示す。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の二次電池の構成例の断面図である。第
1図において、1は正極、2は負極、3,3′は集電棒、
4,4′はSUSネット、5,5′は外部電極端子、6は電池ケ
ース、7はセパレーター、8は電解液又は固体電解質で
ある。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.構成要素として少なくとも正極、負極、セパレータ
    ー、非水電解液からなり、3.9V以上の起電力を有する二
    次電池であって、正極として、LiCoO2及び/又はLiNiO2
    を用い、負極としてカーボン(BET法比表面積A(m2/
    g)が0.1<A<100の範囲で、かつX線回折における結
    晶厚みLc(Å)と真密度ρ(g/cm3)の値が条件1.80<
    ρ<2.18、15<Lcかつ120ρ−227<Lc<120ρ−189を満
    たす範囲にある炭素質材料を除く。)を用いることを特
    徴とする二次電池。
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