JP3264577B2 - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
一方が放出したリチウムイオンを他方が吸蔵するという
可逆反応によって充放電を行うリチウム二次電池に関
し、特に、正極活物質としてLiCoO2 を、負極活物
質として天然黒鉛または人造黒鉛またはグラッシーカー
ボンなどの炭素質材料を用いたリチウム二次電池に関す
る。
を負極活物質とするリチウム二次電池においては、充放
電サイクルにともなってリチウムの溶解・析出が繰り返
され、やがて負極上に針状にリチウムデンドライトが生
成されて、電池寿命を損うとともに、内部短絡の原因に
なる。そのため最近では、リチウム金属の代わりにリチ
ウムイオンを吸蔵して層間化合物を形成する炭素質を負
極に使用する二次電池が開発されている。前者をリチウ
ム金属二次電池と呼び、後者をリチウムイオン二次電池
と呼んで区別している。
と正極からリチウムが放出されて負極に吸蔵され、放電
時には負極からリチウムが放出されて正極に吸蔵され
る。その際に正負極間で可逆に移動可能なリチウム量に
よって電池容量が決まる。この種の電池に使用されるリ
チウムの吸蔵・放出(ドープ・脱ドープ)が可能な電極
活物質についてはカーボン、高分子化合物、無機化合物
などさまざまなものが研究されている。その中でも、正
極活物質としてLiCoO2 を、負極活物質として天然
黒鉛または人造黒鉛またはグラッシーカーボンなどの炭
素質材料を用いたリチウムイオン二次電池が、高電圧、
高容量を実現できるとして実用化に向けてさかんに研究
されている。
池を製作するにあたって、正極活物質(LiCoO2 )
と負極活物質(炭素質材料)の充填量の比率を適切に設
定することが非常に難しいことが分かった。負極活物質
量に対して正極活物質量が多すぎると、正極からのリチ
ウムを負極に吸蔵できなくなり、過剰なリチウムが負極
の表面に析出し、前述のリチウム金属二次電池と同じ問
題を生じる。
能力は理論値で372mAH/gと大きい。従来はこの
理論値に基ずいて、対応する量のリチウムを正極から供
給できるように正極活物質の量(負極活物質との比率)
を決定していた。しかし実用電池では使用電流が大きい
ため、電解液の電導度の影響や炭素質材料内へのリチウ
ムイオンの拡散速度の影響による分極が生じ、効率が低
下する。そのため炭素質材料にはその理論値に相当する
量のリチウムイオンは入らず、余分なリチウムが負極表
面に析出してしまう。なお反対に正極活物質量が少なす
ぎると、その分電池容量が低下することになる。
されたもので、その目的は、正極活物質(LiCoO2
)と負極活物質(炭素質材料)の充填量の比率を適切
に設定し、サイクル寿命が長く、かつ安全性に優れたリ
チウムイオン二次電池を提供することにある。
iCoO2を活物質とする正極と、非水電解液と、炭素
質材料を活物質とする負極とからなり、正極と負極との
間で一方が放出したリリウムイオンを他方が吸蔵すると
いう可逆反応によって充放電を行うリチウム二次電池に
おいて、前記非水電解液中でリチウムを対極として前記
負極に5mA/cm2以下の電流密度で0ボルトまでリ
チウムをドープした後、同じ電流密度で1.0ボルトま
で脱ドープした場合に、その脱ドープ時に流れた電気量
を当該負極の前記炭素質材料の重量で除した値がα(A
H/g)であるとすると、電池ケ−スに組み込まれた前
記正極活物質と前記負極活物質の重量比を、負極活物質
を1としたときに、5.7α〜6.8αの範囲に設定し
た。
極活物質量が過剰となり、負極表面にリチウムの析出が
みられる。正極活物質の重量比が5.7αを下回ると電
池容量の目減りが無視できなくなる。
重量%を添加混合して得たスラリーを、厚さ10μm、
幅40mmの銅箔の両面に厚さ0.1mmづつ均一に塗
工し、乾燥し、圧延した2.4gのシート状負極を製作
した。
電助材を加え、さらに結着剤5重量%を加えて得たスラ
リーを、厚さ20μm、幅40mmのアルミニウム箔の
両面に塗工し、乾燥し、圧延したMgシート状正極を製
作した。なおMは変数であり、M=6.6 M=6.0
M=5.7 M=5.1 M=4.8 M=4.5
というように重量の異なる6種類のシート状正極を製作
した。
LiPF6 を1モル溶解した電解液を使用する。
それぞれリードタブを溶接した後、厚さ25μmのポリ
プロピレン微多孔性シート(セパレータ)を間に介在さ
せて渦巻き状に巻いて、3ccの前記電解液とともに直
径14mmの円筒型電池ケースに封入し、図1に示すよ
うな良く知られたスパイラル電極構造でAAサイズの円
筒型電池を組み立てた。前記のように正極の重量が異な
る6種類の電池をそれぞれ10個製作し、以下に詳述す
るようにその性能を比較試験した。
してそのリチウム吸蔵力を実測した。つまり、前記非水
電解液中でリチウムを対極として前記負極に5mA/c
m2以下の電流密度で0ボルトまでリチウムをドープし
た後、同じ電流密度で1.0ボルトまで脱ドープした場
合に、その脱ドープ時に流れた電気量を当該負極の前記
炭素質材料の重量で除した値α(AH/g)をリチウム
吸蔵力と定義し、人造黒鉛を活物質とする前記負極につ
いてこれを測定したところ、α=0.330であった。
の電流で4.2ボルトの定電圧充電を3時間行い、25
0mA定電流で3.2ボルトまで放電するという充放電
サイクル試験を100回おこなった。そして、5サイク
ル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の
比をサイクル特性と て以下の表に示す。また100サ
イクル後に電池を分解し、負極の表面にリチウムが析出
しているか否かを調査し、その結果も表に記入してい
る。
ウムの析出がみられるとともにサイクル特性が低下す
る。正負極の重量比が5.7αを下回ると電池容量の低
下が無視できないし、サイクル特性の低下もみられた。
試験] 負極 天然黒鉛90重量%に対し、導電剤5重量%、結着剤5
重量%を添加混合して得たスラリーを、厚さ10μm、
幅40mmの銅箔の両面に厚さ0.1mmづつ均一に塗
工し、乾燥し、圧延した2.4gのシート状負極を製作
した。これのリチウム吸蔵力αは0.360であった。
として、M=7.2M=6.5 M=6.2 M=5.
5 M=5.2 M=4.9の6種類のシート状正極を
製作した。
く同様にして、スパイラル電極構造でAAサイズの円筒
型電池を組み立て、正極の重量が異なる6種類の電池を
それぞれ10個製作し、前記とまったく同様にその性能
を比較試験した。結果を次の表に示す。
上回ると、負極表面にリチウムの析出がみられるととも
にサイクル特性が低下する。正負極の重量比が5.7α
を下回ると電池容量の低下が無視できないし、サイクル
特性の低下もみられた。なお、負極活物質としてグラッ
シーカーボンを用いた場合も同様な結果が認められた。
よれば、正極活物質(LiCoO2 )と負極活物質(炭
素質材料)の充填量の比率を適切に設定することがで
き、その結果サイクル寿命が長く、かつ安全性に優れた
リチウムイオン二次電池を実現することができる。
の概略構成図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 LiCoO2を活物質とする正極と、非
水電解液と、炭素質材料を活物質とする負極とからな
り、正極と負極との間で一方が放出したリチウムイオン
を他方が吸蔵するという可逆反応によって充放電を行う
リチウム二次電池において、前記非水電解液中でリチウ
ムを対極として前記負極に5mA/cm2以下の電流密
度で0ボルトまでリチウムをドープした後、同じ電流密
度で1.0ボルトまで脱ドープした場合に、その脱ドー
プ時に流れた電気量を当該負極の前記炭素質材料の重量
で除した値α(AH/g)であるとすると、電池ケース
に組み込まれた前記正極活物質と前記負極活物質の重量
比が、負極活物質を1としたときに、5.7α〜6.8
αの範囲に設定されていることを特徴とするリチウム二
次電池。 - 【請求項2】 前記炭素質材料が天然黒鉛または人造黒
鉛またはグラッシーカーボンであることを特徴とする請
求項1に記載のリチウム二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03284594A JP3264577B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP03284594A JP3264577B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | リチウム二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07220760A JPH07220760A (ja) | 1995-08-18 |
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Family
ID=12370169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP03284594A Expired - Fee Related JP3264577B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3264577B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3242878B2 (ja) | 1998-03-23 | 2001-12-25 | 日本碍子株式会社 | リチウム二次電池 |
-
1994
- 1994-02-04 JP JP03284594A patent/JP3264577B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH07220760A (ja) | 1995-08-18 |
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