JP2730641B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JP2730641B2
JP2730641B2 JP1252717A JP25271789A JP2730641B2 JP 2730641 B2 JP2730641 B2 JP 2730641B2 JP 1252717 A JP1252717 A JP 1252717A JP 25271789 A JP25271789 A JP 25271789A JP 2730641 B2 JP2730641 B2 JP 2730641B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はポータブル電子機器の駆動用電源としての有
機電解質リチウム二次電池に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic electrolyte lithium secondary battery as a power supply for driving portable electronic devices.

従来の技術 エネルギー密度が大きく、保存性,自己放電特性,耐
漏液性にすぐれるなどの特長を持つリチウム一次電池は
すでに、フッ化黒鉛/リチウム電池,二酸化マンガン/
リチウム電池,塩化チオニル/リチウム電池などが実用
化されている。
2. Description of the Related Art Lithium primary batteries, which have features such as high energy density, excellent storage stability, self-discharge characteristics, and excellent resistance to liquid leakage, have already been made of graphite fluoride / lithium batteries and manganese dioxide /
Lithium batteries and thionyl chloride / lithium batteries have been put into practical use.

一方、最近の電子機器の小形化,ポータブル化に伴
い、それに使用する電源としての電池にも小形化,軽量
化が要求され、在来の二次電池では電気容量が十分に確
保されないということから、上記のリチウム電池の特長
を生かし、かつ充電しさえすれば、何回でもくり返し使
用できるというリチウム二次電池への期待が大きい。機
器用電源としての本格的なリチウム二次電池は現在わず
かに、正極に二硫化モリブデンを用いた電池が実用化さ
れているのみである。この最も大きな理由として負極活
物質であるリチウムの貧困な充放電サイクル特性が挙げ
られる。負極では電池の放電時にリチウムがイオンとし
て電解質中に溶解し、充電時に逆に電解質中のリチウム
イオンが負極上に析出するという形をとる。問題は充電
時にリチウムイオンが析出する際、活性なリチウムが生
成し、電解質を分解する、あるいは樹枝状の生成物(デ
ンドライト)が形成され、これが充放電を繰返すにつれ
て負極からはがれる、もしくは不働態化し、充放電効率
が低下する、さらには負極の特定部分にデンドライトが
過剰に成長し、セパレータを突き破って正極と接触した
結果、電池の短絡がおこり、充放電サイクル寿命がつき
るなどの現象が生じるということである。このため純リ
チウムを負極として用いた場合、電池としてのサイクル
寿命は200から300サイクル程度であると言える。これを
改善する手段としてエネルギー密度的には劣るものの、
アルミニウムあるいは鉛,ビスマス,インジウム,カド
ミウムなどの低融点合金とリチウムとを合金化して用い
るという試みがなされてきた。合金として用いた場合活
性なリチウムの生成による電解質の分解、あるいはデン
ドライトによる不働態化などがみられず、充放電効率の
低下も少ない。実際これらの合金を使用して、主として
メモリーバックアップ用途を指向したコイン形リチウム
二次電池が実用化されており、充放電サイクル特性も数
百サイクルから数千サイクルといわれている。一方これ
らの合金を機器の主電源としての電池を指向する円筒形
リチウム二次電池に用いた場合、電極構造としてスパイ
ラル構造を採用していることから、電池の充放電に伴い
合金からリチウムが抜け出る、あるいは入り込む際の合
金の体積の収縮,膨脹の繰返しで生じる合金の崩れを防
ぐことができず、十分な充放電サイクル特性は期待でき
ない。以上述べたように機器駆動用電源としての円筒形
リチウム二次電池の負極としては、純リチウムあるいは
合金のいずれを用いても充放電サイクル特性という観点
から不十分であると言える。
On the other hand, with the recent miniaturization and portableness of electronic devices, batteries used as power sources for them have also been required to be smaller and lighter, and conventional secondary batteries cannot provide sufficient electric capacity. There is a great expectation for lithium secondary batteries that can be used repeatedly as many times as long as they take advantage of the features of the above lithium batteries and charge them. At present, only a small number of full-fledged lithium secondary batteries as power supplies for equipment have been commercialized using molybdenum disulfide for the positive electrode. The biggest reason for this is the poor charge-discharge cycle characteristics of lithium as the negative electrode active material. In the negative electrode, lithium dissolves in the electrolyte as ions when the battery is discharged, and lithium ions in the electrolyte conversely precipitate on the negative electrode during charging. The problem is that when lithium ions precipitate during charging, active lithium is formed, which decomposes the electrolyte or forms dendritic products (dendrites), which peel off or passivate as the charge and discharge are repeated. As a result, the dendrite grows excessively in a specific part of the negative electrode, and breaks through the separator and comes into contact with the positive electrode, resulting in a short circuit of the battery and a phenomenon such as a long charge / discharge cycle life. That is. Therefore, when pure lithium is used as the negative electrode, the cycle life of the battery can be said to be about 200 to 300 cycles. Although energy density is inferior as a means to improve this,
Attempts have been made to use aluminum or a low melting point alloy such as lead, bismuth, indium or cadmium and lithium in an alloyed manner. When used as an alloy, decomposition of the electrolyte due to generation of active lithium or passivation due to dendrites is not observed, and the decrease in charge / discharge efficiency is small. In fact, coin-type lithium secondary batteries mainly intended for memory backup use have been put to practical use using these alloys, and the charge / discharge cycle characteristics are said to be several hundred to several thousand cycles. On the other hand, when these alloys are used in a cylindrical lithium secondary battery that is oriented to the battery as the main power supply of the equipment, lithium escapes from the alloy as the battery is charged and discharged because the spiral structure is adopted as the electrode structure In addition, it is impossible to prevent the alloy from collapsing due to repeated shrinkage and expansion of the volume of the alloy when it enters, and sufficient charge / discharge cycle characteristics cannot be expected. As described above, it can be said that the use of either pure lithium or an alloy as the negative electrode of a cylindrical lithium secondary battery as a power source for driving a device is insufficient from the viewpoint of charge / discharge cycle characteristics.

これらに対し、B.Scrosatiらは、POWER SOURCES 9 AC
ADEMIC PRESS 1983で酸化鉄(Fe2O3)がその結晶構造中
にリチウムをドープすることから、リチウム二次電池の
負極として用い、正極として五酸化バナジウム、もしく
は二硫化チタンと組み合わせることを提案している。酸
化鉄は1モル中にリチウムを6モルまでドープできる、
即ち酸化鉄1g中にリチウムを1Ah、1cc中に5Ahもドープ
できると共に、上記のアルミニウムあるいは低融点合金
と異なり電池の充放電に伴うリチウムのドープ,脱ドー
プで酸化鉄の膨脹,収縮が少ないため、体積変化の少な
いすぐれた負極となり得る。但し、リチウムをドープす
る電位がリチウム極に対して1.5Vぐらいから始まり0.5V
ぐらいまでの範囲であり従って正極活物質としては電位
の高いものが望ましい。
In contrast, B. Scrosati et al.
ADEMIC PRESS 1983 proposed that iron oxide (Fe 2 O 3 ) dope lithium into its crystal structure, so that it could be used as a negative electrode of a lithium secondary battery and combined with vanadium pentoxide or titanium disulfide as a positive electrode. ing. Iron oxide can dope lithium up to 6 moles per mole,
That is, 1 Ah of lithium can be doped in 1 g of iron oxide, and 5 Ah can be doped in 1 cc, and unlike the above-mentioned aluminum or low melting point alloy, there is little expansion and contraction of iron oxide due to doping and undoping of lithium during charging and discharging of the battery. It can be an excellent negative electrode with little volume change. However, the potential for doping lithium starts at about 1.5 V with respect to the lithium electrode and is 0.5 V
Therefore, it is desirable that the positive electrode active material has a high potential.

Scrosatiらは正極に五酸化バナジウムを用いた時は3.
1Vから2.2Vまで、二硫化チタンを用いた時は2.2Vから1.
1Vまで放電が行ない得るとしている。
Scrosati and colleagues used vanadium pentoxide for the positive electrode.
From 1V to 2.2V, from 2.2V to 1.
Discharge can be performed up to 1V.

発明が解決しようとする課題 上記した如く酸化鉄はリチウム二次電池のすぐれた負
極であると言えるが、いくつかの課題も存在する。
Problems to be Solved by the Invention As described above, iron oxide can be said to be an excellent negative electrode of a lithium secondary battery, but has some problems.

一つには充電時のリチウムのドープの初期には電位が
リチウムに対してほぼ1.5Vと貴なため、エネルギー密度
の大きい電池を得るためにはより貴な電位を持つ正極を
選択することが必要となる。上記の二硫化チタンは勿論
のこと、五酸化バナジウムでさえも放電を開始すると直
ちに電池電圧が3V以下となってしまい、本来、五酸化バ
ナジウムの持つ高電圧による大きなエネルギー密度とい
う特長を生かせないという結果となってしまう。
Firstly, since the potential is almost 1.5 V with respect to lithium at the beginning of lithium doping during charging, it is necessary to select a positive electrode with a more noble potential to obtain a battery with a large energy density. Required. Not only the above titanium disulfide but also vanadium pentoxide as soon as discharge starts, the battery voltage immediately drops to 3 V or less, which originally makes it impossible to take advantage of the high energy density of vanadium pentoxide due to the high voltage. Results.

また、もう一つにはどのようにして、酸化鉄の中にリ
チウムをドープするかということである。酸化鉄中への
リチウムのドープとして電池の充電にみられる電気化学
的なドープは容易であるが、予め電気化学的にリチウム
をドープした電極を電池に組み込むということは工程
上、また取り扱い上非常に困難である。また、化学的に
リチウムを酸化鉄中へドープできれば、それを電極とし
て電池に組み込むことは容易であるが、酸化鉄へのリチ
ウムの化学的なドープは難しく、この方法もとり得な
い。通常、コイン形リチウム二次電池でアルミニウム、
あるいは低融点合金を負極として使用する場合は、これ
らの上にリチウムを重ね合せ、その後電解質を注入し電
気化学的に強制的にリチウムをドープするという形をと
っている。しかしこの場合リチウムとアルミニウムもし
くは合金を短絡した状態となるため、その表面に急速に
リチウムがドープされアルミニウム,合金の膨脹,崩れ
が生じる。コイン形電池の場合ドープするリチウム量が
少ないということ、更に電極が堅く圧着された状態であ
るということもあり大きな問題とはならないが、円筒形
電池では負極の脱落あるいは電池の短絡などにつながり
充放電サイクル特性が大きく低下する。
Another is how to dope lithium into iron oxide. Electrochemical doping, which is observed in charging of batteries as lithium doping in iron oxide, is easy, but incorporating electrodes that are electrochemically doped with lithium into the battery in advance is very difficult in terms of process and handling. Difficult. In addition, if lithium can be chemically doped into iron oxide, it can be easily incorporated into a battery as an electrode, but it is difficult to chemically dope lithium into iron oxide, and this method cannot be used. Normally, coin-shaped lithium secondary batteries are made of aluminum,
Alternatively, when a low-melting alloy is used as a negative electrode, lithium is superposed on these, and then an electrolyte is injected and lithium is forcibly electrochemically doped. However, in this case, since lithium and aluminum or the alloy are short-circuited, the surface is rapidly doped with lithium, and the aluminum and alloy expand and collapse. In the case of coin-type batteries, the amount of lithium to be doped is small and the electrodes are tightly pressed.This is not a big problem.However, in the case of cylindrical batteries, the negative electrode may fall off or the battery may be short-circuited. Discharge cycle characteristics are greatly reduced.

以上の如く、通常の活物質を用いた場合の電池電圧の
低下とリチウムのドープの方法が、負極に酸化鉄を用い
る場合の大きな課題である。
As described above, the method of lowering the battery voltage and doping with lithium when using a normal active material is a major problem when using iron oxide for the negative electrode.

課題を解決するための手段 本発明はこのような課題を解決するものであり、リチ
ウム含有酸化物からなる正極と、酸化第二鉄(Fe2O3
からなる負極と、有機電解質とからなるリチウム二次電
池を提供するものである。
Means for Solving the Problems The present invention solves such problems, and comprises a positive electrode made of a lithium-containing oxide and a ferric oxide (Fe 2 O 3 ).
It is intended to provide a lithium secondary battery comprising a negative electrode comprising an organic electrolyte.

作用 上述した如く酸化鉄へのリチウムのドープは化学的に
は難しく電気化学的手法によらざるを得ないが、これを
電池外で行なうことは工程上あるいは取り扱い上望まし
くない。本発明はこれらのことを勘案して予め正極の方
にリチウムをドープした活物質を用いることを提案する
ものである。このようにすれば、電池を組み立て後充電
することにより正極に含まれるリチウムが負極の酸化鉄
中に電気化学的にドープされることになり、結果として
最初から負極の酸化鉄に活物質であるリチウムが含まれ
ていたのと同様であり、またドープする際の充電時間を
制御することにより、上述したように急速なリチウムの
ドープによる酸化鉄の膨脹,崩れなどを防止することが
できる。リチウム含有酸化物としては、例えばバナジウ
ム,モリブデン,コバルト,マンガンなどの酸化物が知
られている。中でもコバルト酸化物であるLiCoO2とマン
ガン酸化物であるLiMn2O4は電位的にもリチウムに対し4
V以上と高く、酸化鉄負極と組み合せる正極として望ま
しいと言える。
Action As described above, doping of iron oxide with lithium is chemically difficult and must be performed by an electrochemical method. However, it is not desirable in a process or handling to perform this outside a battery. The present invention, in view of these facts, proposes to use an active material doped with lithium in the positive electrode in advance. By doing so, the lithium contained in the positive electrode is electrochemically doped into the iron oxide of the negative electrode by charging after assembling the battery, and as a result, the iron oxide of the negative electrode is an active material from the beginning. It is the same as containing lithium, and by controlling the charging time at the time of doping, it is possible to prevent the iron oxide from expanding and collapsing due to rapid lithium doping as described above. As the lithium-containing oxide, for example, oxides such as vanadium, molybdenum, cobalt, and manganese are known. Among them, LiCoO 2 which is a cobalt oxide and LiMn 2 O 4 which is a manganese oxide are 4
It is as high as V or more, which is desirable as a positive electrode combined with an iron oxide negative electrode.

以下、実施例により説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described.

実施例 実施例1 第1図は本発明の実施例における電池の断面図であ
る。第1図において1は正極板であり、正極活物質のLi
CoO2と導電材のカーボン粉末と結着剤のポリ4フッ化エ
チレンの水性ディスパージョンを重量比で100:10:10の
割合で混合し、水でペースト状に混練したものを厚さ30
μmのアルミニウム箔2の両面に塗着した後、乾燥,圧
延し、所定の大きさに切断する。活物質のLiCoO2は酸化
コバルト(CoO)と炭酸リチウム(Li2CO3)をモル比で
2:1に混合し、空気中で900℃,9時間加熱したものを用い
た。また上記の材料の混合比率のうちポリ4フッ化エチ
レンの水性ディスパージョンの割合はそのうちの固形分
の割合である。この時の正極活物質の理論充填電気量は
700mAhである。4は酸化鉄負極で酸化鉄粉末と導電材の
黒鉛と結着剤のポリ4フッ化エチレンの水性ディスパー
ジョンを重量比で100:10:10の割合で混練したものを5
のニッケル製エキスパンドメタルに圧入し、乾燥,切断
したもので、ポリ4フッ化エチレンの比率は上記と同様
固形分の割合である。負極中の酸化鉄粉末の重量は2.5g
である。これら正極と負極を3のポリプロピレン製の多
孔性フィルムセパレータを介して渦巻き状に巻回し、ケ
ース9内に挿入する。挿入後6のチタン製リードを7の
ステンレス製封口板にスポット溶接する。8は鉄にニッ
ケルメッキした正極キャップ兼正極端子で予め封口板7
にスポット溶接してある。また負極集電体5の端部は負
極端子を兼ねたケース9にスポット溶接する。10はポリ
プロピレン製の絶縁板であり、11は同じくポリプロピレ
ン製の絶縁ガスケットである。12は電池に異常がおき
て、電池内圧が上昇した場合に内部のガスが外部へ放出
されるよう取り付けてある安全弁である。以上の操作の
後、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)をプロピレンカ
ーボネート中に1モル/lの割合で溶かした電解質を注入
し封口する。完成電池のサイズは単3形(14.5φmm×50
mm)である。この本発明電池を電池Aとする。
EXAMPLES Example 1 FIG. 1 is a sectional view of a battery according to an example of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a positive electrode plate, and the positive electrode active material is Li.
An aqueous dispersion of CoO 2 , carbon powder of conductive material, and polytetrafluoroethylene as binder was mixed at a weight ratio of 100: 10: 10, and kneaded in a paste with water to a thickness of 30.
After coating on both sides of the aluminum foil 2 of μm, it is dried, rolled and cut into a predetermined size. The active material LiCoO 2 is composed of cobalt oxide (CoO) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) in a molar ratio.
The mixture was mixed at 2: 1 and heated in air at 900 ° C. for 9 hours. In addition, the ratio of the aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene in the mixing ratio of the above materials is the ratio of the solid content thereof. At this time, the theoretical charge amount of the positive electrode active material is
700 mAh. Reference numeral 4 denotes an iron oxide negative electrode obtained by kneading an aqueous dispersion of iron oxide powder, conductive graphite and polytetrafluoroethylene as a binder in a weight ratio of 100: 10: 10.
Pressed into a nickel-made expanded metal, dried and cut, and the ratio of polytetrafluoroethylene is the same as the solid content as described above. The weight of iron oxide powder in the negative electrode is 2.5 g
It is. The positive electrode and the negative electrode are spirally wound through three porous film separators made of polypropylene, and inserted into the case 9. After the insertion, the titanium lead 6 is spot-welded to the stainless steel sealing plate 7. Reference numeral 8 denotes a positive electrode cap and a positive electrode terminal which are nickel-plated on iron.
Spot welded. The end of the negative electrode current collector 5 is spot-welded to the case 9 also serving as a negative electrode terminal. Reference numeral 10 denotes a polypropylene insulating plate, and reference numeral 11 denotes a polypropylene insulating gasket. Reference numeral 12 denotes a safety valve attached so that the internal gas is released to the outside when the battery internal pressure rises due to an abnormality in the battery. After the above operation, an electrolyte in which lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in propylene carbonate at a rate of 1 mol / l is injected and sealed. The size of the completed battery is AA (14.5φmm × 50
mm). This battery of the present invention is referred to as Battery A.

次に正極活物質を五酸化バナジウムとし、導電材,結
着剤の比率など電極の製作は電池Aと同じとし、さらに
負極板4の正極板1に対抗する側にリチウム板を重ね合
せて正,負極間にセパレータを介して巻回し、その後は
電池Aと全く同じに製作した電池を電池Bとする。この
時の正極活物質の理論充填電気量は550mAhであり、また
負極板に重ね合せたリチウムの理論電気量は700mAhであ
る。
Next, the positive electrode active material is vanadium pentoxide, the production of the electrodes such as the ratio of the conductive material and the binder is the same as that of the battery A, and the lithium plate is superposed on the side of the negative plate 4 opposite to the positive plate 1 to form a positive electrode. , Wound between the negative electrodes with a separator interposed therebetween, and thereafter the battery manufactured in exactly the same manner as the battery A is referred to as a battery B. At this time, the theoretical charge of the positive electrode active material is 550 mAh, and the theoretical charge of lithium superimposed on the negative electrode plate is 700 mAh.

次に正極活物質は五酸化バナジムで電池Bと同じに製
作し、負極板4はニッケル集電体5に圧着したリチウム
で、その他の構成は電池Aと全く同じである電池を電池
Cとする。正極活物質の理論充填電気量は電池Bと同じ
で550mAhであり、負極リチウムの理論充填電気量は2750
mAhである。これら電池A,B,Cを20℃で、70mAの定電流で
充放電を行なった。充放電は電池AとCを4.1Vと2.2Vの
電圧範囲内で、電池Bを3.4Vと2.0Vの電圧範囲内で行な
った。これら電池A〜Cの第20サイクル目の充放電曲線
を第2図に示す。また電池A〜Cの充放電サイクル数と
各サイクルでの放電のエネルギー密度の関係を第3図に
示す。第2図から明らかなように、正極活物質として同
じ五酸化バナジウムを用いても負極に酸化鉄を用いた電
池Bと負極にリチウムを用いた電池Cとを比較すると、
明らかに負極にリチウムを用いた電池Cの方が電圧特性
的にすぐれていることがわかる。
Next, the positive electrode active material is made of vanadium pentoxide in the same manner as the battery B, the negative electrode plate 4 is lithium pressed to the nickel current collector 5, and the other configuration is the same as the battery A. . The theoretical charge of the positive electrode active material is 550 mAh, the same as that of the battery B, and the theoretical charge of the negative electrode lithium is 2750.
mAh. These batteries A, B and C were charged and discharged at 20 ° C. at a constant current of 70 mA. Charging and discharging were performed on batteries A and C within a voltage range of 4.1 V and 2.2 V, and on battery B within a voltage range of 3.4 V and 2.0 V. FIG. 2 shows charge / discharge curves of the batteries A to C at the 20th cycle. FIG. 3 shows the relationship between the number of charge / discharge cycles of batteries A to C and the energy density of discharge in each cycle. As is clear from FIG. 2, even when the same vanadium pentoxide was used as the positive electrode active material, a comparison was made between the battery B using iron oxide for the negative electrode and the battery C using lithium for the negative electrode.
Obviously, the battery C using lithium as the negative electrode is superior in voltage characteristics.

一方、負極に酸化鉄を用いても正極活物質として電圧
の高いLiCoO2を用いた本発明電池Aは電池Cと同様すぐ
れた電圧特性を示すことがわかる。また、第3図にみら
れるように、電池AとCは大きなエネルギー密度を示す
が、電池Cでは200サイクルを越えた時点で急速にエネ
ルギー密度が低下する。これは上記した如く電池の充放
電に伴ってリチウムの不働態化、あるいは脱落が生じ、
徐々にリチウムが消耗され、当初正極の電気量の5倍も
あったリチウムがなくなってしまったことを意味してい
る。また電池Bはエネルギー密度が小さく、しかもサイ
クルと共にその低下が大きいのは、正極の電位が低いこ
とと、正極中にリチウムを含んでいないため、リチウム
を負極の酸化鉄上に重ねて酸化鉄内にドープさせる必要
があったが、この際急速にドープされるため負極の表面
が一部崩れたことによるものと考えられる。これらに対
し、本発明電池Aはエネルギー密度が大で、しかも正極
にリチウムを含んだ活物質を用いているため電池の構成
時に負極の酸化鉄にリチウムをドープさせる必要がなく
電池Bのように充放電による電極の崩れがみられずよい
特性を示すことがわかる。
On the other hand, it can be seen that the battery A of the present invention using LiCoO 2 having a high voltage as the positive electrode active material shows excellent voltage characteristics similarly to the battery C even when iron oxide is used for the negative electrode. As shown in FIG. 3, batteries A and C show large energy densities, but battery C has a rapid decrease in energy density after 200 cycles. This is due to the passivation or dropout of lithium as the battery is charged and discharged as described above,
This means that lithium was gradually consumed, and lithium which was five times the amount of electricity of the positive electrode at first was lost. Battery B has a low energy density and a large decrease with the cycle because of the low potential of the positive electrode and the fact that lithium is not contained in the positive electrode. It was thought that the doping was so rapid that the surface of the negative electrode partially collapsed. On the other hand, the battery A of the present invention has a high energy density and uses an active material containing lithium for the positive electrode, so that it is not necessary to dope the iron oxide of the negative electrode with lithium during the construction of the battery, as in the case of the battery B. It can be seen that the electrode exhibits good characteristics without collapse of the electrode due to charge and discharge.

実施例2 正極活物質としてLiCoO2の代わりにLiMn2O4を用い,
合剤組成,電池構成など全く実施例1の電池Aと同じ方
法で作った電池を電池A′とする。なおLiMn2O4は三二
酸化マンガン(Mn2O3)と炭酸リチウムをモル比で2:1に
混合し、空気中で900℃,9時間加熱して得たものを用い
た。この正極活物質の理論充填電気量は0.5ファラデー
の反応として600mAhである。
Example 2 LiMn 2 O 4 was used as the positive electrode active material instead of LiCoO 2 ,
A battery made by the same method as the battery A of Example 1 in terms of the mixture composition, the battery configuration, and the like is referred to as a battery A '. LiMn 2 O 4 was obtained by mixing manganese trioxide (Mn 2 O 3 ) and lithium carbonate at a molar ratio of 2: 1 and heating in air at 900 ° C. for 9 hours. The theoretical charge amount of the positive electrode active material is 600 mAh as a reaction of 0.5 Faraday.

次に正極活物質は電池Aと同じくLiMn2O4で負極4は
ニッケル集電体5に圧着したリチウムで、その他の構成
は電池A′と全く同じである電池を電池Dとする。正極
活物質の理論充填電気量は電池A′と同じく600mAhであ
り、負極リチウム理論充填電気量は2400mAhである。こ
れらの電池A′,Dを20℃で、70mAの定電流で充放電を行
なった。放電はどちらの電池も2.5Vになるまで行なった
が、充電は電池A′では4.1Vまで、電池Dでは4.3Vまで
とした。これら電池の第2サイクル目の充放電曲線を第
4図に示す。また充放電サイクル数と各サイクルでの放
電のエネルギー密度との関係を第5図に示す。第4図か
ら明らかなように負極にリチウムを用いた電池Dは高い
電圧とすぐれた放電特性を示す。しかしこの電池を充電
すると、電池の電圧が4.2V付近に達した辺りで電圧が低
下し充電を続けても電圧はそれ以上あがらないという現
象が見られる。即ち、このことから電池の正負極になん
らかの要因による短絡現象が生じたことが推察される。
これは第5図に見られるように、充放電サイクルを繰り
返すとエネルギー密度が大きく減衰していくことからも
裏づけられる。これに対し電池Aは正極活物質にLiMn2O
4という高い電圧の物質を用いていることもあり、第4
図に見られるように放電電圧も高く、また第5図からも
わかるように実施例1の場合と同様すぐれたサイクル特
性を示す。
Next, the positive electrode active material is LiMn 2 O 4 as in the case of the battery A, the negative electrode 4 is lithium pressed to the nickel current collector 5, and the other configuration is the same as the battery A ′. The theoretical charge of the positive electrode active material is 600 mAh as in the case of Battery A ', and the theoretical charge of the negative electrode lithium is 2400 mAh. These batteries A ′ and D were charged and discharged at 20 ° C. at a constant current of 70 mA. Discharge was performed until both batteries reached 2.5 V, but charging was performed up to 4.1 V for battery A 'and 4.3 V for battery D. FIG. 4 shows charge / discharge curves of the second cycle of these batteries. FIG. 5 shows the relationship between the number of charge / discharge cycles and the energy density of discharge in each cycle. As is clear from FIG. 4, the battery D using lithium for the negative electrode shows a high voltage and excellent discharge characteristics. However, when this battery is charged, a phenomenon is seen in which the voltage drops around the time when the voltage of the battery reaches around 4.2 V, and the voltage does not rise any more even if charging is continued. That is, it is inferred from this that a short-circuit phenomenon has occurred in the positive and negative electrodes of the battery due to some factor.
This is supported by the fact that the energy density is greatly attenuated when the charge / discharge cycle is repeated, as shown in FIG. On the other hand, in battery A, LiMn 2 O was used as the positive electrode active material.
Because it uses a substance with a high voltage of 4,
As can be seen from the figure, the discharge voltage is high, and as can be seen from FIG. 5, excellent cycle characteristics are exhibited as in the case of Example 1.

発明の効果 以上のことから明らかなように、本発明によれば正極
としてリチウム含有酸化物、負極としてリチウムをドー
プ,脱ドープする金属酸化物、中でも酸化鉄を用いるこ
とにより、エネルギー密度が大で充放電サイクル特性に
すぐれたリチウム二次電池が得られるものである。
Advantages of the Invention As is clear from the above, according to the present invention, a lithium-containing oxide is used as a positive electrode, and a metal oxide doped or dedoped with lithium as a negative electrode, and particularly, iron oxide is used, so that the energy density is large. A lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

従来リチウム二次電池の最大の課題が負極のリチウム
の充放電に伴う可逆性にあったものを、負極にも正極と
同様な金属酸化物,特に酸化鉄を用いることにより、そ
れぞれへのリチウムのドープ,脱ドープ反応を充放電反
応とすることにより、負極の充放電可逆性を向上し得た
ものである。但しこれだけではリチウムの代りに酸化鉄
を用いることにより電池の電圧が低下し、必然的にエネ
ルギー密度も低下することになるが、正極活物質とし
て、高電位のリチウム含有酸化物と組み合せることによ
りエネルギー密度大な電池を得ることができるというも
のである。更にその上に負極に酸化鉄を使用しているた
め何らかの方法で負極活物質であるリチウムを補充して
やらなければならないが、通常用いられる手段としての
負極へのリチウムの張合わせでは、実施例1でみられる
ように酸化鉄電極の崩れにつながるが、ここでは正極に
リチウム含有酸化物を使用していることから、何ら手段
を講じることなく充放電特性にすぐれたリチウム二次電
池が提供できるものである。
Conventionally, the biggest problem with lithium secondary batteries was the reversibility that accompanies the charge and discharge of lithium on the negative electrode. By using the same metal oxide as the positive electrode, especially iron oxide, on the negative electrode, the lithium The charge / discharge reversibility of the negative electrode could be improved by making the doping and undoping reactions charge / discharge reactions. However, using only iron oxide instead of lithium lowers the voltage of the battery and inevitably lowers the energy density. However, by combining it with a high-potential lithium-containing oxide as the positive electrode active material, That is, a battery having a large energy density can be obtained. Furthermore, since iron oxide is used for the negative electrode on the negative electrode, lithium as the negative electrode active material must be replenished by some method. However, in the case of laminating lithium to the negative electrode as a commonly used means, in Example 1, As can be seen, the iron oxide electrode collapses.However, since a lithium-containing oxide is used for the positive electrode, a lithium secondary battery with excellent charge / discharge characteristics can be provided without taking any measures. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例に用いた円筒形電池の構成図で
あり、第2図,第4図は本発明電池と在来電池の充放電
特性図、第3図,第5図は充放電サイクル寿命特性図で
ある。 1……正極板、2……正極集電体、3……セパレータ、
4……負極板、5……負極集電体、6……正極ケース、
7……封口板、8……正極端子、9……ケース(−)、
10……絶縁板、11……絶縁ガスケット、12……安全弁。
FIG. 1 is a configuration diagram of a cylindrical battery used in an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 4 are charge / discharge characteristics diagrams of the battery of the present invention and a conventional battery. FIGS. It is a charge-discharge cycle life characteristic diagram. 1 ... Positive electrode plate, 2 ... Positive electrode current collector, 3 ... Separator,
4 ... a negative electrode plate, 5 ... a negative electrode current collector, 6 ... a positive electrode case,
7 ... sealing plate, 8 ... positive electrode terminal, 9 ... case (-),
10 ... Insulating plate, 11 ... Insulating gasket, 12 ... Safety valve.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】リチウム含有酸化物からなる正極と、リチ
ウムをドープ、脱ドープする金属酸化物からなる負極
と、有機電解質とからなり、リチウムをドープ、脱ドー
プし得る金属酸化物として酸化第二鉄(Fe2O3)を用い
たリチウム二次電池。
1. A positive electrode comprising a lithium-containing oxide, a negative electrode comprising a metal oxide to be doped and dedoped with lithium, and an organic electrolyte. Lithium secondary battery using iron (Fe 2 O 3 ).
【請求項2】上記リチウム含有酸化物がLiCoO2,LiMn2O
4もしくはそれらの混合物である特許請求の範囲第1項
記載のリチウム二次電池。
2. The method according to claim 1, wherein the lithium-containing oxide is LiCoO 2 , LiMn 2 O
4. The lithium secondary battery according to claim 1, which is 4 or a mixture thereof.
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