JP3176702B2 - リチウム電池 - Google Patents
リチウム電池Info
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- lithium battery
- lithium
- electrode body
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- 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
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム電池に関し、
詳しくは高容量の正極体を有し、高起電力、高放電圧を
発生する高エネルギー密度のリチウム電池に関する。
詳しくは高容量の正極体を有し、高起電力、高放電圧を
発生する高エネルギー密度のリチウム電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム電池は、使用温度範囲が広く、
放電電圧が安定で、自己放電率が極めて小さいという数
々の長所を有する高エネルギー密度電池として知られて
いる。このような高エネルギー密度電池として、従来Ｃ
ｏＯ2 やλ−ＭｎＯ2 を正極活物質とするLi+ 挿入型正
極体を用いたリチウム電池が知られている。また、上記
のＣｏＯ2 やλ−ＭｎＯ2 よりも高い電圧を発生する黒
鉛層間化合物で正極体を形成し、これを用いたリチウム
電池が知られている。
放電電圧が安定で、自己放電率が極めて小さいという数
々の長所を有する高エネルギー密度電池として知られて
いる。このような高エネルギー密度電池として、従来Ｃ
ｏＯ2 やλ−ＭｎＯ2 を正極活物質とするLi+ 挿入型正
極体を用いたリチウム電池が知られている。また、上記
のＣｏＯ2 やλ−ＭｎＯ2 よりも高い電圧を発生する黒
鉛層間化合物で正極体を形成し、これを用いたリチウム
電池が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＣｏＯ
2 やλ−ＭｎＯ2 を正極活物質とする正極体を用いたリ
チウム電池では、正極体の電気容量が小さく、また、放
電電圧も約４Ｖ程度であって、エネルギー密度も低い。
また、上記黒鉛層間化合物を正極活物質とする正極体を
用いたリチウム電池では、正極体においてClO4 - ，BF4
- 等のアニオンの移動が関与して、上記Li+ の移動が関
与するＣｏＯ2 やλ−ＭｎＯ2 を正極活物質とする正極
体よりも電気容量が小さくなり、かえってエネルギー密
度が低下する。このように、従来のリチウム電池では、
エネルギー密度が低いので、市場で要求される高エネル
ギー密度のリチウム電池としては不十分である。
2 やλ−ＭｎＯ2 を正極活物質とする正極体を用いたリ
チウム電池では、正極体の電気容量が小さく、また、放
電電圧も約４Ｖ程度であって、エネルギー密度も低い。
また、上記黒鉛層間化合物を正極活物質とする正極体を
用いたリチウム電池では、正極体においてClO4 - ，BF4
- 等のアニオンの移動が関与して、上記Li+ の移動が関
与するＣｏＯ2 やλ−ＭｎＯ2 を正極活物質とする正極
体よりも電気容量が小さくなり、かえってエネルギー密
度が低下する。このように、従来のリチウム電池では、
エネルギー密度が低いので、市場で要求される高エネル
ギー密度のリチウム電池としては不十分である。
【０００４】本発明の目的は、上記の如き課題を解決
し、高起電力、高放電圧を発生する高エネルギー密度の
リチウム電池を提供することにある。
し、高起電力、高放電圧を発生する高エネルギー密度の
リチウム電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために種々研究を重ねた結果、正極活物質とし
てイオン半径が小さい物質を使用する程、起電力が高く
なる傾向があることを見出した。就中、リンが活物質材
として本来適した物性を備えていること、さらに起電力
をより高くし得ることが判明した。この理由は明らかで
はないが、本発明は上記知見に基づいて、従来のコバル
トやマンガンに替えてイオン半径が小さく、かつ、式量
の小さいリンをリチウムに複合した正極活物質を用いて
正極体を形成することで、上記目的を達成することに成
功し、本発明を完成した。
解決するために種々研究を重ねた結果、正極活物質とし
てイオン半径が小さい物質を使用する程、起電力が高く
なる傾向があることを見出した。就中、リンが活物質材
として本来適した物性を備えていること、さらに起電力
をより高くし得ることが判明した。この理由は明らかで
はないが、本発明は上記知見に基づいて、従来のコバル
トやマンガンに替えてイオン半径が小さく、かつ、式量
の小さいリンをリチウムに複合した正極活物質を用いて
正極体を形成することで、上記目的を達成することに成
功し、本発明を完成した。
【０００６】即ち、本発明のリチウム電池は、金属リチ
ウムまたはその合金よりなる負極体と、正極体と、電解
質とで構成されるリチウム電池であって、上記正極体の
活物質がリチウム・リン複合酸化物よりなることを特徴
とする。
ウムまたはその合金よりなる負極体と、正極体と、電解
質とで構成されるリチウム電池であって、上記正極体の
活物質がリチウム・リン複合酸化物よりなることを特徴
とする。
【０００７】
【作用】上記構成によれば、イオン半径が小さいリンを
リチウムに複合した正極活物質を用いるので、リチウム
電池の起電力や、放電電圧を高くすることができる。ま
た、式量が小さいリンを複合させた正極活物質を用いる
ので、正極体の質量を軽くできるため、正極体の単位重
量当りに取り込むLi+ 量が多くなり、正極体の容量を大
きくできる。したがって、リチウム電池の放電電圧、放
電容量を高くすることができ、リチウム電池を高エネル
ギー密度のものとすることができる。
リチウムに複合した正極活物質を用いるので、リチウム
電池の起電力や、放電電圧を高くすることができる。ま
た、式量が小さいリンを複合させた正極活物質を用いる
ので、正極体の質量を軽くできるため、正極体の単位重
量当りに取り込むLi+ 量が多くなり、正極体の容量を大
きくできる。したがって、リチウム電池の放電電圧、放
電容量を高くすることができ、リチウム電池を高エネル
ギー密度のものとすることができる。
【０００８】以下、本発明を図面に基づき詳細に説明す
る。図１はリチウム電池の基本構成を示す模式図であ
る。同図において、Ｄはリチウム電池で、正極２と負極
１との間にセパレータ３を介在させ、上記正極２の外側
面に圧着した集電体５ａに接着する正極缶７と、負極１
の外側面に圧着した集電体５ｂに接着する負極キャップ
６とを絶縁体８で封止した構成としている。
る。図１はリチウム電池の基本構成を示す模式図であ
る。同図において、Ｄはリチウム電池で、正極２と負極
１との間にセパレータ３を介在させ、上記正極２の外側
面に圧着した集電体５ａに接着する正極缶７と、負極１
の外側面に圧着した集電体５ｂに接着する負極キャップ
６とを絶縁体８で封止した構成としている。
【０００９】上記正極体２は、正極活物質と、アセチレ
ンブラックやケッチェンブラック等の導電材料と、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレン等の結着剤とか
ら形成される。
ンブラックやケッチェンブラック等の導電材料と、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレン等の結着剤とか
ら形成される。
【００１０】本発明では、正極活物質として、リチウム
・リン複合酸化物を用いることを特徴とする。このリチ
ウム・リン複合酸化物は、従来正極活物質として知られ
ていない新規なものであって、一般式 ＬｉＰＯx で表
され、この複合酸化物は非定量組成であって、ｘは１〜
３の範囲のものを含み、特にｘ＝２のものが好ましい。
・リン複合酸化物を用いることを特徴とする。このリチ
ウム・リン複合酸化物は、従来正極活物質として知られ
ていない新規なものであって、一般式 ＬｉＰＯx で表
され、この複合酸化物は非定量組成であって、ｘは１〜
３の範囲のものを含み、特にｘ＝２のものが好ましい。
【００１１】上記、リチウム・リン複合酸化物として
は、ＬｉＰＯ，ＬｉＰＯ2，ＬｉＰＯ3などが挙げられ
る。
は、ＬｉＰＯ，ＬｉＰＯ2，ＬｉＰＯ3などが挙げられ
る。
【００１２】上記リチウム・リン複合酸化物は、従来の
セラミック合成法が用いられて、固相法、焼結法、ゾル
−ゲル法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、溶射法、熱分解法等の
方法で製造される。
セラミック合成法が用いられて、固相法、焼結法、ゾル
−ゲル法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、溶射法、熱分解法等の
方法で製造される。
【００１３】上記正極活物質は、イオン半径が小さいリ
ンをリチウムに複合させたので、起電力や、放電電圧を
高くできる。また、正極体２は上記正極活物質を主体に
含有するので、その質量が軽くなって単位重量当りに取
り込むLi+ 量を多くできる。
ンをリチウムに複合させたので、起電力や、放電電圧を
高くできる。また、正極体２は上記正極活物質を主体に
含有するので、その質量が軽くなって単位重量当りに取
り込むLi+ 量を多くできる。
【００１４】上記正極体２は、前記正極体用組成物を圧
縮成形、ロール成形等の公知の適当な方法で任意の形
状、大きさに成形される。
縮成形、ロール成形等の公知の適当な方法で任意の形
状、大きさに成形される。
【００１５】一方、上記負極体１は、金属リチウムまた
はＬｉ−Ａｌ，Ｌｉ−Ａｌ−Ｍｇ，Ｌｉ−Ｃ等のリチウ
ム合金を圧縮成形、ロール成形等の方法で任意の形状、
大きさに成形して使用される。
はＬｉ−Ａｌ，Ｌｉ−Ａｌ−Ｍｇ，Ｌｉ−Ｃ等のリチウ
ム合金を圧縮成形、ロール成形等の方法で任意の形状、
大きさに成形して使用される。
【００１６】本発明では、電解質として塩類を有機溶媒
に溶解させた電解液や固体電解質が使用できる。電解質
が電解液の場合、この塩類としては、ＬｉＣｌＯ4 ，Ｌ
ｉＢＦ4 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＡｌＣ
ｌ4 ，Ｌｉ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎ等が使用でき、エチレ
ンカーボネート，プロピレンカーボネート，ジメチルス
ルホキシド，スルホラン，γ−ブチロラクトン，１，２
−ジメトキシエタン，Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド，
テトラヒドロフラン，１，３−ジオキソラン，２−メチ
ルテトラヒドロフラン，ジエチルエーテルおよびこれら
の混合物等の有機溶媒に溶解させて濃度０．１〜３モル
／リットルに調製して使用される。
に溶解させた電解液や固体電解質が使用できる。電解質
が電解液の場合、この塩類としては、ＬｉＣｌＯ4 ，Ｌ
ｉＢＦ4 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＡｌＣ
ｌ4 ，Ｌｉ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎ等が使用でき、エチレ
ンカーボネート，プロピレンカーボネート，ジメチルス
ルホキシド，スルホラン，γ−ブチロラクトン，１，２
−ジメトキシエタン，Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド，
テトラヒドロフラン，１，３−ジオキソラン，２−メチ
ルテトラヒドロフラン，ジエチルエーテルおよびこれら
の混合物等の有機溶媒に溶解させて濃度０．１〜３モル
／リットルに調製して使用される。
【００１７】この電解液は、多孔性ポリマーやガラスフ
ィルタのようなセパレータ３に含浸あるいは充填させ
て、電解質として使用される。
ィルタのようなセパレータ３に含浸あるいは充填させ
て、電解質として使用される。
【００１８】電解質が固体電解質の場合、上記塩類をポ
リエチレンオキシド，ポリプロピレンオキシド，ポリホ
スファゼン，ポリアジリジン，ポリエチレンスルフィド
等やこれらの誘導体、混合物、複合体等に混合して使用
される。この固体電解質は、正極２と負極１とのセパレ
ータ３を兼ねる。
リエチレンオキシド，ポリプロピレンオキシド，ポリホ
スファゼン，ポリアジリジン，ポリエチレンスルフィド
等やこれらの誘導体、混合物、複合体等に混合して使用
される。この固体電解質は、正極２と負極１とのセパレ
ータ３を兼ねる。
【００１９】上記構成とすることにより、リチウム電池
は、高起電力、高放電電圧を発生するものとなる。ま
た、エネルギー密度が高いものとなる。なお、本発明で
は、正極，セパレータ（あるいは固体電解質），負極等
をロール状に巻く構成とすることにより、さらに高電気
容量のリチウム電池を製造できる。
は、高起電力、高放電電圧を発生するものとなる。ま
た、エネルギー密度が高いものとなる。なお、本発明で
は、正極，セパレータ（あるいは固体電解質），負極等
をロール状に巻く構成とすることにより、さらに高電気
容量のリチウム電池を製造できる。
【００２０】
【実施例】以下、実施例を示し本発明をより具体的に説
明する。なお、本発明がこれに限定されるものでないこ
とは言うまでもない。 実施例１ （正極活物質の製造）リン含有率８５％のリン酸と炭酸
リチウムとを、リンとリチウムの原子比が１：１となる
量をそれぞれ秤量し、これをアルミナ製るつぼに入れ
て、電気炉で８００℃、１２時間加熱処理を行い、リチ
ウム・リン複合酸化物（正極活物質ａ）を製造した。
明する。なお、本発明がこれに限定されるものでないこ
とは言うまでもない。 実施例１ （正極活物質の製造）リン含有率８５％のリン酸と炭酸
リチウムとを、リンとリチウムの原子比が１：１となる
量をそれぞれ秤量し、これをアルミナ製るつぼに入れ
て、電気炉で８００℃、１２時間加熱処理を行い、リチ
ウム・リン複合酸化物（正極活物質ａ）を製造した。
【００２１】（正極体の作製）十分に粉砕し粒度約２０
μｍ以下とした上記正極活物質ａ８重量部、アセチレン
ブラック１重量部、テフロン粉末１重量部を十分に混合
して正極合剤を調製した。ついで、この正極合剤１００
mgをニッケルメッシュ上にプレス成形して、直径２０m
m、厚さ１．０mmの円板状正極体を作製した。
μｍ以下とした上記正極活物質ａ８重量部、アセチレン
ブラック１重量部、テフロン粉末１重量部を十分に混合
して正極合剤を調製した。ついで、この正極合剤１００
mgをニッケルメッシュ上にプレス成形して、直径２０m
m、厚さ１．０mmの円板状正極体を作製した。
【００２２】（負極体の作製）金属リチウムシートを直
径２０．０mmに打ち抜き、片面にニッケルメッシュ５を
圧着して１．０mm厚さを有する円板状負極体を作製し
た。
径２０．０mmに打ち抜き、片面にニッケルメッシュ５を
圧着して１．０mm厚さを有する円板状負極体を作製し
た。
【００２３】（セパレータの作製）厚さ０．５mmの多孔
性ポリプロピレンフィルムを、直径２５．０mmに打ち抜
き、円板状セパレータを作製した。
性ポリプロピレンフィルムを、直径２５．０mmに打ち抜
き、円板状セパレータを作製した。
【００２４】（電解液の調製）含水量を５０ppm 以下に
調製したプロピレンカーボネートと１，２−ジメトキシ
エタンとの体積比１：１の混合物に、１モル／リットル
の過塩素酸リチウムを溶解して電解液を調製した。
調製したプロピレンカーボネートと１，２−ジメトキシ
エタンとの体積比１：１の混合物に、１モル／リットル
の過塩素酸リチウムを溶解して電解液を調製した。
【００２５】（リチウム電池の作製）上記作製した正極
体、負極体およびセパレータを、図１に示す構成に組立
て、正極体２にはステンレス製缶７を、負極体１にはス
テンレス製キャップ６をそれぞれ圧着させて取り付け、
前記電解液を上記正極缶７と負極キャップ６とで形成さ
れる容器内に注入した後、ガスケット８で封止してリチ
ウム電池Ｄを作製した。
体、負極体およびセパレータを、図１に示す構成に組立
て、正極体２にはステンレス製缶７を、負極体１にはス
テンレス製キャップ６をそれぞれ圧着させて取り付け、
前記電解液を上記正極缶７と負極キャップ６とで形成さ
れる容器内に注入した後、ガスケット８で封止してリチ
ウム電池Ｄを作製した。
【００２６】（リチウム電池Ｄの性能試験）上記リチウ
ム電池Ｄを、１．０mAの定電流で充電を行った後、放電
電圧−放電時間および全放電容量を測定し、その放電特
性を調べた。この結果、図２および表１で示す通りであ
った。
ム電池Ｄを、１．０mAの定電流で充電を行った後、放電
電圧−放電時間および全放電容量を測定し、その放電特
性を調べた。この結果、図２および表１で示す通りであ
った。
【００２７】比較例１ （正極活物質の製造）炭酸リチウムと塩基性炭酸コバル
トとを、リチウムとコバルトの原子比が１：１となる量
をアルミナ製るつぼに秤取して十分に混合した後、電気
炉で９００℃、２４時間加熱処理を行い、リチウム・コ
バルト複合酸化物（正極活物質ｂ）を製造した。この正
極活物質ｂを、粉末Ｘ線回析法で調べたところ、ＪＣＰ
ＯＳカードのNo. １６−４２７と合致することが確認さ
れた。
トとを、リチウムとコバルトの原子比が１：１となる量
をアルミナ製るつぼに秤取して十分に混合した後、電気
炉で９００℃、２４時間加熱処理を行い、リチウム・コ
バルト複合酸化物（正極活物質ｂ）を製造した。この正
極活物質ｂを、粉末Ｘ線回析法で調べたところ、ＪＣＰ
ＯＳカードのNo. １６−４２７と合致することが確認さ
れた。
【００２８】（リチウム電池の作製）正極体２として上
記で製造した正極活物質ｂを用いたものに替える以外は
すべて実施例１と同様にして、リチウム電池を作製し
た。
記で製造した正極活物質ｂを用いたものに替える以外は
すべて実施例１と同様にして、リチウム電池を作製し
た。
【００２９】（リチウム電池の性能試験）このリチウム
電池を、１．０mAの定電流で充電して、実施例１と同様
にその放電特性を測定した。この結果は、図２および表
１で示す通りであった。
電池を、１．０mAの定電流で充電して、実施例１と同様
にその放電特性を測定した。この結果は、図２および表
１で示す通りであった。
【００３０】図２より明らかなように、実施例でえられ
るリチウム電池は、４Ｖ以上の高電圧を１５時間近く維
持するものであるのに対し、比較例でえられるものは、
約１時間で放電電圧が４Ｖ以下に低下し、１２時間を数
える前に急激に放電電圧が３Ｖ以下に低下した。
るリチウム電池は、４Ｖ以上の高電圧を１５時間近く維
持するものであるのに対し、比較例でえられるものは、
約１時間で放電電圧が４Ｖ以下に低下し、１２時間を数
える前に急激に放電電圧が３Ｖ以下に低下した。
【００３１】
【表１】
【００３２】また、上記表１より明らかなように、実施
例でえられるリチウム電池は、全放電容量にも優れるも
のであった。
例でえられるリチウム電池は、全放電容量にも優れるも
のであった。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明では、正極
体に取り込むLi+ 量を増加させることができ、また、正
極体の単位重量当りに取り込むLi+ 量が多くできるの
で、高電気容量を有し、かつ、高起電力、高放電電圧を
発生する高エネルギー密度のリチウム電池がえられる。
体に取り込むLi+ 量を増加させることができ、また、正
極体の単位重量当りに取り込むLi+ 量が多くできるの
で、高電気容量を有し、かつ、高起電力、高放電電圧を
発生する高エネルギー密度のリチウム電池がえられる。
【図１】本発明の一実施例を示すリチウム電池の模式図
である。
である。
【図２】本発明のリチウム電池の放電特性を示す図であ
る。
る。
１ 負極 ２ 正極 ３ セパレータ ５ａ，５ｂ 集電体 ６ 負極キャップ ７ 正極缶 ８ 絶縁体 Ｄ リチウム電池
Claims (2)
- 【請求項１】 金属リチウムまたはその合金よりなる負
極体と、正極体と、電解質とで構成されるリチウム電池
であって、上記正極体の活物質がリチウム・リン複合酸
化物よりなることを特徴とするリチウム電池。 - 【請求項２】 リチウム・リン複合酸化物が、一般式
ＬｉＰＯx （１≦ｘ≦３）で表されるものである請求項
１記載のリチウム電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12459392A JP3176702B2 (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | リチウム電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12459392A JP3176702B2 (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | リチウム電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05325960A JPH05325960A (ja) | 1993-12-10 |
| JP3176702B2 true JP3176702B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=14889295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12459392A Expired - Fee Related JP3176702B2 (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | リチウム電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3176702B2 (ja) |
-
1992
- 1992-05-18 JP JP12459392A patent/JP3176702B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05325960A (ja) | 1993-12-10 |
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