JP2975727B2 - 非水電解液電池 - Google Patents

非水電解液電池

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JP2975727B2
JP2975727B2 JP3184920A JP18492091A JP2975727B2 JP 2975727 B2 JP2975727 B2 JP 2975727B2 JP 3184920 A JP3184920 A JP 3184920A JP 18492091 A JP18492091 A JP 18492091A JP 2975727 B2 JP2975727 B2 JP 2975727B2
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lithium
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battery
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祐司 山本
俊之 能間
修弘 古川
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム、或るいはリ
チウムを吸蔵放出可能な材料からなる負極と、リチウム
を含有するマンガン酸化物を活物質とする正極と、非水
電解液とを備えた非水電解液電池に係り、特に正極の改
良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】リチウムを負極活物質として用いた非水
電解液一次電池は、高電圧、高エネルギ−密度、優れた
低温特性、低い自己放電率等の長所を有し、携帯用の小
型電気機器や、小型電子機器の電源、或るいはコンピュ
−タのメモリバックアップ用の電源等に広く用いられて
いる。
【0003】非水電解液一次電池の正極活物質として
は、従来二酸化マンガン、或るいはフッ化炭素が代表的
なものとして用いられており、特に二酸化マンガンは保
存性に優れ、且つ資源的に豊富であり、又安価であると
いう利点を有するものである。
【0004】ところで、上記小型電気機器や小型電子機
器は小型化が一層進み、それに伴って電源用としての非
水電解液一次電池も小型化、即ち高容量化、高エネルギ
−密度化が求められている。
【0005】一方、この種電池を繰り返し充放電できる
ようにした非水電解液二次電池も開発されている。非水
電解液二次電池の負極としては、リチウム金属、リチウ
ム合金、或るいはリチウムを吸蔵放出可能な炭素材料等
が知られている。又、正極活物質としては、Li2MnO3
を含有する二酸化マンガン(特開昭63-114064)、酸化
バナジウム、酸化コバルト等が提案されており、これら
の負極と正極とを組み合わせた非水電解液二次電池も一
部実用化されているが、その特性はまだ不十分な点が多
く、高容量化、且つ高エネルギ−密度化が望まれてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に着目してなされたものであって、非水電解液電池の放
電電圧、及び放電容量を改善し、高容量化、高エネルギ
−密度化を実現するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、リチウム或い
リチウムを吸蔵放出可能な材料からなる負極と、Li 2 M
nO 3 を含有するマンガン酸化物を活物質とする正極と、
非水電解液とを備えた非水電解液電池において、前記マ
ンガン酸化物がCuKαによるX線回折図において、2θ=1
9°、37°、42°、45°、59°、65°付近と2θ=53°〜5
6.5°の範囲にピークを有し、且つ、前記正極活物質は
前記マンガン酸化物からリチウムを脱ドープして得たも
のであることを特徴とする。ここで前記マンガン酸化物
は、二酸化マンガンとリチウム塩とを混合熱処理して得
たものである。そして、電池の放電或いは充電により、
前記正極活物質はCuKαによるX線回折図において、2θ=
53°〜56.5の範囲にあるピークの1つが、2θ=53°〜56.
5°の範囲でシフトするものである。
【0008】
【作用】Li2MnO3を含有するマンガン酸化物は、その
ままで非水電解液電池の正極活物質として用いることが
できるが、この種の電池の更なる小型化のためには、容
量、エネルギ−密度が不十分である。
【0009】そこで、Li2MnO3を含有するマンガン酸
化物のうち、特に、CuKαによるX線回折図におい
て、2θ=19°、37°、42°、45°、59°、
65°付近と2θ=53°〜56.5°の範囲にピ−ク
を有するLi2MnO3を含有するマンガン 酸化物を正極
活物質として用いると、放電電圧が高くなり、高容量で
高エネルギ−密度の非水電解液電池が得られることを見
いだした。ここで、CuKαによるX線回折図におい
て、2θ=19°、37°、42°、45°、59°、
65°付近と2θ=53°〜56.5°の範囲にピ−ク
を有するLi2MnO3を含有するマンガン 酸化物は、例
えばLi2MnO3を含有するマンガン酸化物からリチウム
を脱ド−プすることにより得られる。
【0010】さて、300〜430℃で熱処理した二酸
化マンガンのCuKαによるX線回折図は、図2のB2
より、2θ=28°、37°、43°、56.5°付近
にピ−ク を有する。
【0011】又、二酸化マンガンとリチウム塩とを混合
し、300〜430℃で熱処理して得られる、Li2Mn
3を含有するマンガン酸化物のCuKαによるX線回
折図は、リチウム混合比が多くなるに従い、B2の熱処
理した二酸化マンガンのCuKαによるX線回折図の2
θ=28°、37°、43°、56.5°のうち、28
°のピークが消失し、43°のピークは42°付近に、
56.5°のピークは53°付近に それぞれシフトす
る。そして、19°、45°、59°、65°付近にそ
れぞれ新しいピークが現れる。この新しいピークは、二
酸化マンガンとリチウム塩との焼成反応により、Li2
nO3が生成するためである。即ち、Li2MnO3を含有す
るマンガン酸化物のCuKαによるX線回折図は、図2
のB1より、2θ=19°、 37°、42°、45
°、53°、59°、65°付近に各々ピークを有して
いる。
【0012】これに対して、Li2MnO3を含有するマン
ガン酸化物からリチウムを脱ド−プした正極活物質の、
CuKαによるX線回折図は、B1のCuKαによるX
線回折図の、2θ=19°、37°、42°、45°、
53°、59°、65°付近に有す るピ−クのうち、
53°付近のピ−クが54.5°付近にシフトし、図2
のA1よ り、2θ=19°、37°、42°、45.
54.5°、59°、65°付近にピ−クを有する。
【0013】尚、A1のLi2MnO3を含有するマンガン
酸化物からリチウムを脱ド−プした正極活物質の、Cu
KαによるX線回折図において、2θ=19°、37
°、42°、45°、54.5°、59°、65°付近
の各々ピ−クのうち、54.5°のピ−クは、B2の熱
処理二酸化マンガンのCuKαによるX線回折図におい
て、2θ=28°、37°、43°、56.5°付近の
ピ−クのうち、56.5°付近のピ−クが、二酸化マン
ガンにリチウム塩を混合して熱処理することにより、結
晶構造中にリチウム原子が挿入され、ピ−クが低角度側
の53°付近に一旦シフトし、更に これからリチウム
を脱ド−プすることにより、53°付近のピ−ク位置
が、高角 度側に再びシフトし、54.5°に位置したも
のと考えられる。従って、このピーク位置は、54.5
°に限定されず、53°から56.5°の範囲でシフト
しうるも のと考えられる。
【0014】即ち、二酸化マンガンとリチウム塩とを混
合熱処理して得られたLi2MnO3を含有するマンガン酸
化物から、リチウムを脱ド−プした正極活物質は、Cu
KαによるX線回折図において、2θ=53°〜56.
5°の範囲内に特徴的なピ−ク を有する。
【0015】
【実施例】以下に、本発明の実施例につき詳述する。
【0016】[実施例1]図1に、本発明の一実施例と
しての扁平型非水電解液電池の半断面図を示す。1は本
発明の要旨とする正極であって、ステンレス製の正極缶
2の内底面に固着せる正極集電体3に圧接されている。
4は負極であって、ステンレス製の負極缶5の内底面に
固着せる負極集電体6に圧接されている。7はポリプロ
ピレン製の微孔性薄膜よりなるセパレ−タであり、プロ
ピレンカ−ボネ−トとジメトキシエタンとの混合溶媒に
過塩素酸リチウムを1モル/l溶解した電解液が含浸さ
れている。8は絶縁パッキングであり、正極缶2と負極
缶5とを隔離している。
【0017】正極の製造方法は、水酸化リチウムと、二
酸化マンガンとをモル比1:2で混合し、空気中におい
て、375℃で20時間熱処理することにより、Li2
nO3を含有するマンガン酸化物を得る。この物質と、導
電剤としてのアセチレンブラック、及び結着剤としての
フッ素樹脂を重量比で85:10:5の比率で混合して
正極合剤とし、この正極合剤を2t/cm2で直径20
mmに加圧成形する。この後、加圧した合剤を真空中2
50℃で熱処理して正極とする。
【0018】一方、負極は所定の厚み寸法を有するリチ
ウム板を直径20mmに打ち抜いたものを用いる。
【0019】尚、電池寸法は直径24.0mm、厚み3.
0mmであった。こうして組立てられた電池を3mA
で、4.3Vまで充電することにより、正極活物質中の
リチウムを脱ド−プし、これを本発明電池A1とする。
尚、この時の充電電気量は60mAhであった。
【0020】[比較例1]前記実施例1と同じ構成、及
び工程で組み立てられた電池であって、組立て後の充電
を行わず、これを比較電池B1とする。
【0021】[比較例2]正極活物質として、二酸化マ
ンガンのみを375℃で熱処理したものを用い、その他
の構成、及び工程は前記実施例1と同様にして組み立て
た電池を、電流3mAで4.3Vまで充電し、これを比
較電池B2とした。尚、この時は充電ができず、充電電
気量は0mAhであった。
【0022】[比較例3]正極活物質として、二酸化マ
ンガンのみを375℃で熱処理したものを用い、その他
の構成、及び工程は前記実施例1と同様にして組み立て
た電池であって、組立て後の充電を行わず、これを比較
電池B3とした。
【0023】図2に本発明電池A1及び、比較電池B1
〜B3に用いた正極活物質のX線回折図をそれぞれ示
す。
【0024】図2に示されたX線回折図のうち、熱処理
二酸化マンガンや熱処理二酸化マンガンを充電したB
2、B3は、56.5°付近にピ−クを有し、又、二酸
化マンガンとリチウム塩とを混合熱処理して得られたL
i2MnO3を含有するマンガン酸化物B1は、53°付近
にピ−クを有する。これに対し、Li2MnO3を含有する
マ ンガン酸化物を充電して形成される、本発明電池A
1の正極活物質は、54.5°付近にピ−クを有してい
る。
【0025】即ち、二酸化マンガンとリチウム塩とを混
合熱処理して得られたLi2MnO3を含有するマンガン酸
化物を、充電することにより、リチウムを脱ド−プした
本発明の正極活物質は、CuKαによるX線回折図の2
θ=19°、37°、42°、 45°、59°、65
°付近と、53°〜56.5°の範囲にピ−クを有して
いる。
【0026】図3は本発明電池A1、及び比較電池B1
〜B3を3mAで2.0Vまで放電したときの放電特性
曲線を示す。ここで、本発明電池A1は、比較電池B1
〜B3に比して、放電容量が大きく、又、放電電圧が高
いことが分かる。
【0027】尚、二酸化マンガンと混合熱処理してLi2
MnO3を含有するマンガン酸化物を得るリチウム塩は、
本実施例のみに限定されるものではなく、硝酸リチウム
やリン酸リチウムが適用できると共に、リチウム塩と二
酸化マンガンとの混合比率はLiとMnのモル比で10:
90〜70:30の範囲が望ましい。
【0028】又、熱処理温度については、リチウム塩と
二酸化マンガンを300℃未満で熱処理した場合にはL
i2MnO3が生成しないこと、及び430℃以上で熱処理
した場合には、二酸化マンガンが分解してしまうことか
ら300〜430℃が望ましい。
【0029】更に、リチウム塩と二酸化マンガンとの熱
処理によって得られるリチウム含有マンガン酸化物を充
電する電圧も任意の値を選ぶことが可能である。
【0030】又、本発明の正極活物質は、非水電解液一
次電池の正極活物質としての適用以外に、非水電解液二
次電池の正極活物質としても用いることができる。
【0031】
【発明の効果】本発明は、リチウム或いはリチウムを吸
蔵放出可能な材料からなる負極と、Li 2 MnO 3 を含有する
マンガン酸化物を活物質とする正極と、非水電解液とを
備えた非水電解液電池において、前記マンガン酸化物が
CuKαによるX線回折図において、2θ=19°、37°、42
°、45°、59°、65°付近と2θ=53°〜56.5°の範囲に
ピークを有し、且つ、前記正極活物質は前記マンガン酸
化物からリチウムを脱ドープして得たものを用いている
ので、電池の放電電圧、並びに放電容量を向上させ、非
水電解液電池の高エネルギー密度化、高容量化を可能な
らしめるものであり、その工業的価値は極めて大であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明電池の半断面図である。
【図2】本発明電池及び比較電池の正極のX線回折図で
ある。
【図3】本発明電池及び比較電池の放電特性比較図であ
る。
【符号の説明】
1 正極 2 正極缶 3 正極集電体 4 負極 5 負極缶 6 負極集電体 7 セパレ−タ 8 絶縁パッキング A 本発明電池 B1〜B3 比較電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−108457(JP,A) 特開 昭62−108455(JP,A) 特開 昭61−16473(JP,A) 特開 平4−174971(JP,A) 特開 昭62−285361(JP,A) 特開 平5−201733(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 4/58 H01M 4/02 H01M 4/04 H01M 10/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム、或いはリチウムを吸蔵放出可
    能な材料からなる負極と、Li 2 MnO 3 を含有するマンガン
    酸化物を活物質とする正極と、非水電解液とを備えた非
    水電解液電池において、前記マンガン酸化物 がCuKαによるX線回折図におい
    て、2θ=19°、37°、42°、45°、59°、65°付近と2
    θ=53°〜56.5°の範囲にピークを有し、且つ、前記正
    極活物質は前記マンガン酸化物からリチウムを脱ドープ
    して得たものであることを特徴とする非水電解液電池。
  2. 【請求項2】 前記マンガン酸化物は、二酸化マンガン
    とリチウム塩とを混合熱処理して得たものであることを
    特徴とする請求項1記載の非水電解液電池。
  3. 【請求項3】 電池の放電或いは充電により、前記正極
    活物質はCuKαによるX線回折図において、2θ=53°〜5
    6.5の範囲にあるピークの1つが、2θ=53°〜56.5°の範
    囲でシフトするものであることを特徴とする請求項1記
    載の非水電解液電池。
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