JP3152497B2 - 非水系電解質二次電池 - Google Patents
非水系電解質二次電池Info
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Description
に係わり、特にマンガン含有正極活物質中に含まれるマ
ンガンの非水系電解質に対する耐溶出性の改良に関す
る。
非水系電解質二次電池において、高容量化を図るため
に、正極活物質として、Li2 MnO3 含有MnO
2 (特開昭63−114064号公報参照)、Li含有
MnO2 (特開平1−235158号公報参照)、Li
Mn2 O4 (スピネル)などのマンガン含有複合酸化物
が提案されている。
の場合、現実にその高容量化を図るためには、正極がか
なりの高電位(通常、Li+ /Li単極電位に対して
3.6V程度以上)になるまで充電する必要がある。
なるまで充電すると、マンガン含有複合酸化物中のマン
ガンが電解質中に溶出して電池の内部抵抗が大きくなっ
てしまい、大きな放電電流に耐え得る、すなわち高率放
電特性に優れた電池を得ることが困難になる。
されたものであって、その目的とするところは、電池容
量を大きくするために正極がかなりの高電位になるまで
充電した場合においてもマンガンの電解質中への溶出が
殆ど起こらず、それゆえ内部抵抗の上昇の小さい高率放
電特性に優れた非水系電解質二次電池を提供するにあ
る。
の本発明に係る非水系電解質二次電池(以下、「本発明
電池」と称する。)は、リチウム金属、又は、リチウム
を吸蔵放出可能な物質を主材とする負極と、組成式Li
X B y MnO Z (0.04≦y≦1.0;x及びzは正
の数)で表されるLi 2 B 4 O 7 含有複合酸化物を活物
質とする正極とを備えてなる。
Li X B y MnO Z で表されるLi 2 B 4 O 7 含有複合
酸化物である。B:Mnの原子比の値すなわち組成式中
のyの値は、0.04〜1.0に限定される。yの値が
この範囲の場合に、マンガンの電解質中への溶出を有効
に抑えることができ電池の内部抵抗の上昇を大幅に抑制
することができるからである。yの値が0.04未満で
あると、ホウ素の添加量が充分でないためホウ素化合物
とマンガン含有複合酸化物との複合化によるマンガンの
溶出抑制効果が充分に発現されず、一方yの値が1.0
を越えても、ホウ素の添加量の増量に応じたマンガンの
溶出抑制効果が殆ど期待できないのみならず当該複合酸
化物の正極活物質としての放電容量が低下してしまう。
質とする正極は、たとえば次のようにして得られる。先
ず、水酸化リチウム(LiOH)と、三酸化二ホウ素
(B2 O3 )と、二酸化マンガン(MnO2 )とを、所
定のモル比で混合した後、250〜1000°C程度の
温度で20時間程度熱処理する。
すれば所定の粒径に粉砕した後、アセチレンブラック、
カーボンブラック等の導電剤及びポリテトラフルオロエ
チレン(PTFE)、ポリビニリデンフルオライド(P
VdF)等の結着剤と、通常、重量比80〜90:5〜
15:4〜15程度の比率で混合して正極合剤とする。
常、0.5〜1.5トン/cm2 )で加圧成型し、得ら
れた成型物を集電体としてのステンレス製の網目状円板
などに圧延し、加熱処理(通常、100〜250°C程
度で加熱)して正極とする。
又はリチウムを吸蔵放出可能な物質を主材として構成さ
れる。リチウム金属を使用する場合は、圧延、打ち抜き
などにより円板状等の所定の寸法形状に加工して使用に
供せられる。
リチウム合金や、黒鉛、コークス等の炭素材料が例示さ
れる。炭素材料などの粉末状物質を使用する場合は、こ
れと結着剤及び必要に応じて導電剤とを、通常、重量比
80〜90:5〜15:4〜10程度の比率で混合して
負極合剤とした後、この負極合剤を所定の圧力(通常、
0.5〜1.5トン/cm2 )で加圧成型し、得られた
成型物を集電体としての網目状円板などに圧延し、加熱
処理(通常、100〜250°C程度で加熱)して負極
とする。
やリチウムを吸蔵放出可能な物質が負極の主材として使
用されてなる非水系電解質二次電池において、正極活物
質として、特定の複合酸化物が使用されている点に最大
の特徴を有するものであり、それゆえ非水系電解質、セ
パレータ(液体電解質を使用する場合)等の他の部材に
ついては、従来非水系電解質二次電池用として実用さ
れ、或いは提案されている種々の材料を使用することが
可能である。
合酸化物が正極活物質として使用されているので、高容
量化のために正極が充電時に高電位にさらされても、マ
ンガン含有複合酸化物中に含まれるマンガンの電解質中
への溶出が起こりにくく、電池の内部抵抗が上昇しにく
い。
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
二ホウ素(B2 O3 )と、二酸化マンガン(MnO2 )
とを、Li:B:Mnの原子比が、それぞれ0.58:
0.16:1.00(実施例1)、0.54:0.0
8:1.00(実施例2)、0.52:0.04:1.
00(実施例3)、0.51:0.02:1.00(実
施例4)となるように混合した後、850°Cで20時
間加熱処理して4種の粉末状の正極活物質を得た。これ
らの粉末状の正極活物質をそれぞれX線回折法で調べた
ところ、LiMn2 O4 及びLi2 B4 O7 の存在が確
認された。
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
脂粉末と、重量比90:6:4で混合して4種の正極合
剤を得た。
トン/cm2 の圧力で直径20mmの円板状に加圧成型
し、得られた成型物を集電体としてのステンレス製の網
目状円板に圧延し、250°Cで2時間真空下で加熱処
理して4種の正極を作製した。
径20mmのリチウム金属からなる円板状の負極を作製
した。
ネートと1,2−ジメトキシエタンとの体積比1:1の
混合溶媒に、過塩素酸リチウムを1モル/リットル溶か
して非水系電解液を調製した。
両極、非水系電解液の他、正極缶、負極缶などを使用し
て、本発明に係る扁平型の非水系電解質二次電池BA1
(実施例1)、BA2(実施例2)、BA3(実施例
3)及びBA4(実施例4)(電池寸法はいずれも直
径:24mm、厚さ:3mm)を作製した。なお、セパ
レータとしては、ポリプロピレン製の微孔性薄膜を使用
し、これに上記した非水系電解液を含浸させた。
(電池BA2〜BA4も同様)、同図に示す電池BA1
は、正極1、負極2、セパレータ3、正極缶4、負極缶
5、正極集電体6、負極集電体7及びポリプロピレン製
の絶縁パッキング8などからなる。正極1及び負極2
は、セパレータ3を介して対向して正負両極缶4、5が
形成する電池ケース内に収容されており、正極1は正極
集電体6を介して正極缶4に、また負極2は負極集電体
7を介して負極缶5に接続され、電池BA1内部で生じ
た化学エネルギーを正極缶4及び負極缶5の両端子から
電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになって
いる。
二ホウ素を配合せず、水酸化リチウム(LiOH)と、
二酸化マンガン(MnO2 )とを、Li:Mnの原子比
が、0.5:1.0となるように混合したこと以外は実
施例1と同様にして、比較電池BC1を作製した。
4及び比較例1で作製した比較電池BC1について、一
定の充電電圧4.0Vで連続的に充電した際の充電時間
と電池の内部抵抗との関係を調べた。結果を、図2に示
す。
また横軸に充電時間(週)をとって表したグラフであ
り、同グラフ中、◎は電池BA1(Mn:B=1.0
0:0.16;y=0.16)、○は電池BA2(M
n:B=1.00:0.08;y=0.08)、△は電
池BA3(Mn:B=1.00:0.04;y=0.0
4)、□は電池BA4(Mn:B=1.00:0.0
2;y=0.02)、また×は比較電池BC1(ホウ素
配合せず)についての結果をそれぞれ示したものであ
る。
物LiX By MnOz を使用した電池BA1〜BA4
は、ホウ素を含有しない複合酸化物を使用した比較電池
BC1に比べ、充電の進行にともなう内部抵抗の上昇が
小さいことが分かる。特に、yの値が0.04以上であ
るLiX By MnOz を正極活物質として使用した電池
BA1〜BA3では、内部抵抗の上昇が顕著に抑制され
ていることが分かる。
比較電池BC1(充電を開始してから1週間後の内部抵
抗が48Ω)を分解して負極をICP分析により調べた
ところ、負極に多量のMnが析出していることが分かっ
た。また、同様にして12週間後の内部抵抗が18Ω以
下である電池BA1〜BA3の負極についても調べた
が、かかるMnの析出は認められなかった。
と以外は、実施例1〜4と同様にして、4種の正極活物
質の異なる非水系電解質電池を作製し、これらの各電池
について、充電開始後8週間経過した時点での電池の内
部抵抗を測定した。なお、Li:B:Mnの原子比は
0.5(y+1):y:1とした。
に比し、8週間経過した時点での内部抵抗の上昇が小さ
いことが分かる。また、特に、yの値が0.04以上で
あるLi X B y MnO z を正極活物質として使用した電
池において、内部抵抗の上昇が顕著に抑制されているこ
とが分かる。
用する場合の具体例について説明したが、電池の形状に
特に制限はなく、本発明は円筒型、角型など、種々の形
状の非水系電解質二次電池に適用し得るものである。
物を活物質とする正極が使用されているので、充電の際
に複合酸化物中に含まれるマンガンの非水系電解質中へ
の溶出が起こりにくく、内部抵抗の上昇が殆ど起こらな
い。それゆえ、本発明電池は高率放電特性に優れるな
ど、本発明は優れた特有の効果を奏する。
面図である。
との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】リチウム金属、又は、リチウムを吸蔵放出
可能な物質を主材とする負極と、組成式Li X B y Mn
O Z (0.04≦y≦1.0;x及びzは正の数)で表
されるLi 2 B 4 O 7 含有複合酸化物を活物質とする正
極とを備えてなることを特徴とする非水系電解質二次電
池。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP10890892A JP3152497B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 非水系電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10890892A JP3152497B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 非水系電解質二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05283077A JPH05283077A (ja) | 1993-10-29 |
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Family
ID=14496688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10890892A Expired - Fee Related JP3152497B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 非水系電解質二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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US6964828B2 (en) | 2001-04-27 | 2005-11-15 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium-ion batteries |
JP5035834B2 (ja) | 2007-02-27 | 2012-09-26 | 国立大学法人東京工業大学 | リチウムマンガン複合酸化物 |
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1992
- 1992-03-31 JP JP10890892A patent/JP3152497B2/ja not_active Expired - Fee Related
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