JP3281187B2 - 二次電池 - Google Patents

二次電池

Info

Publication number
JP3281187B2
JP3281187B2 JP18171194A JP18171194A JP3281187B2 JP 3281187 B2 JP3281187 B2 JP 3281187B2 JP 18171194 A JP18171194 A JP 18171194A JP 18171194 A JP18171194 A JP 18171194A JP 3281187 B2 JP3281187 B2 JP 3281187B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
positive electrode
battery
active material
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP18171194A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0817423A (ja
Inventor
亨 永浦
Original Assignee
エヌイーシーモバイルエナジー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エヌイーシーモバイルエナジー株式会社 filed Critical エヌイーシーモバイルエナジー株式会社
Priority to JP18171194A priority Critical patent/JP3281187B2/ja
Publication of JPH0817423A publication Critical patent/JPH0817423A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3281187B2 publication Critical patent/JP3281187B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、資源的に豊富な原材
料を使用して安価な高エネルギー密度の非水電解液二次
電池を得ようとするものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の排ガスが地球環境破壊の大きな
原因の一つに考えられ、1998年から米カリフォルニ
ア州で新しい排ガス規制法案が始まる予定である。この
規制では自動車メーカーごとに総販売台数の2%を排ガ
スを全く出さない電気自動車等にすることを義務ずけて
いる。電気自動車を構成する主要な技術の一つは二次電
池であり、二次電池の性能が自動車の基本性能、すなわ
ち加速性能や1回の充電での走行距離を決めてしまうの
で、大型の高性能な二次電池の早急な開発が求められて
いる。一方非水電解液二次電池は軽いことが特徴で、高
性能二次電池の実現を目指して古くからその実用化が試
みられてきたが、なかなか実現しなかった。しかしよう
やく最近になって、カーボンへのリチウムイオンの出入
りを利用するカーボン電極を負極とする非水電解液二次
電池が開発され、一挙に非水電解液二次電池も実用化の
段階に入った。この電池は本発明者等によってリチウム
イオン二次電池と名付けて、1990年(雑誌Prog
ress in Batteries & Solar
Cells,Vol.9、P.209)に初めて世の
中に紹介されたもので、代表的には正極活物質材料にL
iCoOを用い、負極にはリチウムをドープ/脱ドー
プ可能な炭素材料が使用され、充電状態では4V以上の
高い電池電圧を示すことが大きな特徴である。現在では
電池業界や学会でもリチウムイオン二次電池の呼び名で
認知され次世代の二次電池と言われて注目を集めてい
る。実際、240Wh/l程のエネルギー密度を持つリ
チウムイオン二次電池は既にビデオカメラや携帯電話等
の電源として実用され始めている。既存のニッケルカド
ミウム電池のエネルギー密度は100〜150Wh/l
であり、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度は既
存の電池のそれをはるかに上回るものである。しかし、
電気自動車用の電池としてはまず候補から外さざるを得
ない。現在のリチウムイオン二次電池は正極材料に高価
なコバルトを使用し、負極材料には特殊な乱造構造を有
した擬黒鉛材料を使用しているため原材料費が非常に高
く、特にコバルトは到底電気自動車などの大型電池を賄
うには資源的にも無理である。これまではリチウムイオ
ン二次電池のカーボン負極に適した炭素質材料として
は、種々の有機化合物の熱分解、又は焼成炭化により得
られる炭素材料であって、その炭素材料の調整には熱履
歴温度条件が重要と言われ、あまり熱履歴温度が低いと
炭化が充分でなく、少なくとも800℃以上であると言
われ、又熱履歴温度の上限が更に重要で、2400℃以
上の温度では結晶成長が進み過ぎ、電池特性が著しく損
なわれると言われていた。つまり、性能の良い炭素材料
はある程度の乱造構造を有した擬黒鉛材料であると考え
られ、高結晶性の黒鉛材料は黒鉛表面で電解液が分解
し、リチウムイオンのインターカレーション反応は進み
にくいと報告されていた。ところが極最近の研究成果
は、適切な電解液を選べば、むしろ2400℃以上で熱
処理された、より黒鉛化の進んだ炭素材料、もしくは黒
鉛そのものを負極炭素材料として用いる方が、より平坦
で、高い放電電圧を持つリチウムイオン二次電池と成る
ことが判ってきた(公開特平4−115457)。した
がつて負極の炭素材料については安価な黒鉛が利用でき
る見通しである。一方正極では資源的に豊富な材料とし
て、クラーク数0.46(第10位)チタンやクラーク
数0.09(第12番目)のマンガンが注目される。特
にチタンはその利用できる資源量においてはマンガン、
クロム、ニッケル、銅、亜鉛、鉛、水銀、スズの総資源
量の約4倍とも言われ、電気自動車用電池の電池材料と
してもっともふさわしい材料である。従って、負極材料
として安価な黒鉛を使用し、正極材料としても資源的に
豊富なチタンを主たる電極材料として高エネルギー密度
の非水電解液二次電が実現できれば、電気自動車の実現
性も大きく前進することになる。しかし、これまで種々
のチタン化合物(TiO、TiS,TiSe等)
が電池材料として多くの人達によって研究されてきた
が、まだチタン含有化合物の中からは実用できそうな正
極材料は見いだされていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は資源的に豊富
なチタンを主成分とする化合物を電極材料とする安価な
非水電解液二次電池を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】課題解決の手段は、正極
の活物質材料にリチウム含有チタンマンガン複合酸物を
使用する。
【0005】
【作用】LiM(但しMはTiまたはMn)で示
されるスピネル系リチウム含有複合酸化物はリチウムイ
オンを含む有機電解液中で下記(1)式のようにリチウ
ムイオンの脱ドープ/ドープを伴った電気化学的酸化還
元が可逆的に可能である。 本発明で使用する正極活物質材料はリチウム化合物、チ
タン酸化物およびマンガン酸化物の所定量混合物を50
0℃以上の温度で焼成して合成されるものであって、組
成式LiTiMnO(但し、0.25<A≦0.
28、0.25<Y≦0.31、0.16≦Z<0.2
5)で示されるリチウム含有チタンマンガン複合酸化物
であり、Li1+α2−α(但し0≦α≦0.3
3、MはTiとMnの混合元素)で示されるスピネル系
リチウム含有金属酸化物の一種と考えられる。Li
MnOを正極活物質とし、黒鉛質炭素材料を負極
活物質として非水電解液二次電池を構成すると、充電で
は正極活物質はリチウムイオンが脱ドープされLi
A−XTiMnO(0<x<0.28)となり、負
極では活物質炭素中にリチウムイオンがドープされて蓄
電され、充分充電されれば3V以上の電圧で放電するこ
とができる。放電では負極活物質からリチウムイオンが
脱ドープされて正極活物質へ戻る。上記正極および負極
におけるリチウムイオンの脱ドープ(正極)、ドープ
(負極)およびドープ(正極)、脱ドープ(負極)は可
逆的に何回も繰り返して行われるので、安価な材料で長
寿命の非水電解液二次電池が実現する。
【0006】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。
【0007】まず正極活物質とするリチウム含有チタン
マンガン複合酸化物LiTiMnOを次のように
して合成した。酸化チタン(IV)を水素と塩化チタン
(IV)の混合気で還元してTiを得た。次に得
られたTiに市販のMnCOとLiCO
表1にしたがって混合モル比を変えて混合し、その混合
物を空気中950℃で約16時間焼成し、正極活物質と
するリチウム含有チタンマンガン複合酸化物(B)〜
(I)を用意した。リチウム含有チタンマンガン複合酸
化物(B)〜(I)は組成式LiTiMnOで示
される複合酸化物であって、組成式におけるA、Y、Z
はそれぞれTiとMnCOとLiCOの混
合比によって異なり、焼成物の組成式は表2に示した通
りである。
【0008】電池の作成 図1を参照しながら本発明の具体的な電池について説明
する。合成した上記リチウム含有マンガンチタン複合酸
化物(B)〜(I)はそれ ぞれその91重量部をカーボンブラックの5重量部およ
び結合剤としてポリフッ化ビニリデン4重量部とともに
溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンと湿式混合して
スラリー(ペースト状)にする。次に、このスラリーを
集電体となる厚さ0.02mmのアルミニウム箔の片面
に均一に塗布し、乾燥後ローラープレス機で加圧成型し
て、シート状の電極を得た。このシート状電極は直径1
5.0mmの円板に打ち抜いて、コイン型電池のための
正極(2)を作り、真空乾燥器中で、温度100℃で1
2時間乾燥した。リチウム含有チタンマンガン複合酸化
物(B)を活物質として正極(2b)を作成し、同様に
して各複合酸化物から対応する各正極を作成し、正極
(2b)〜(2i)まで8種類の正極を用意した。
【0009】続いて負極を次のようにして用意した。2
800℃で熱処理を施したメソカーボンマイクロビーズ
(d002=3.37Å)の88重量部にアセチレンブ
ラック2重量部と結着剤としてポリフッ化ビニリデン
(PVDF)10重量部を加え、溶剤であるN−メチル
−2−ピロリドンと湿式混合してスラリー(ペ−スト
状)にした。そしてこの負極合剤スラリーを厚さ0.0
2mmの銅箔の片面に均一に塗布し、乾燥後ローラープ
レス機で加圧成型して、シート状のカーボン電極を得
た。このシート状カーボン電極を直径15.5mmの円
板に打ち抜き、コイン型電池のための負極(1)を作
り、真空乾燥器中で、温度100℃で12時間乾燥し
た。
【0010】図1に示すように、電池缶(4)の底にア
ルミニウム箔(10)を敷き、ガスケット(6)を設置
し、用意した8種類の正極(2b)〜(2i)のそれぞ
れとは,何れも同じ仕様で作成した負極(1)とを間に
多孔質ホリプロピレン製セパレータ(3)を挟んで活物
質層を対向して重ね合わせ、電池缶(4)の中央に収容
し、電池缶の中にはエチレンカーボネイト(EC)とジ
エチルカーボネート(DEC)の体積比2:8の混合溶
媒に1.5モル/lのLiPFを溶解した電解液を注
入する。その後電極押さえ板(7)を設置し、電池蓋体
(5)を重ね、電池缶と電池蓋体はガスケットを介して
かしめることによって、封口密閉して電池(B)〜
(I)を作成した。電池(B)〜(I)はそれぞれ使用
した正極活物質がリチウム含有チタンマンガン複合酸化
物(B)〜(I)に対応するものである。
【0011】テスト結果 こうして作成した電池(B)〜(I)は、いずれも電池
内部の安定化を目的に12時間のエージング期間を経過
させた後、第1回目の充放電を行った。充電上限電圧は
4.2Vに設定し、いずれも8時間の充電を行い、放電
は全ての電池について0.5mAの定電流放電にて終止
電圧2.0Vまで行った。各電池の放電カーブを図2に
示す。図2に示されるように、何れの電池も3.5V以
上の電圧で放電することが可能である。正極活物質であ
るリチウム含有チタンマンガン複合酸化物がその組成式
LiTiMnOのAおよびYが増えるにつれ、ま
たZが減少するにつれ放電容量は減少する。したがって
実用的な電池作成にはLiTiMnOの合成にお
いて、A≦0.28、Y≦0.31、0.16≦Zとす
ることが望ましいことが判った。
【0012】その後電池は常温で充放電サイクル試験を
行った。充電電流は2mAで、充電上限電圧は4.2V
に設定して4時間の充電を行い、放電は2mAの定電流
放電にて終止電圧2.0Vまで行って充放電を繰り返し
た。各電池の充放電サイクル特性は図3に示した通りで
ある。実施例の電池のように負極活物質として黒鉛質炭
素材料を使用し、リチウム含有チタンマンガン複合酸化
物(LiTiMnO)を正極活物質とする電池
は、充電では正極活物質からリチウムイオンが脱ドープ
され、LiTiMnOはLiA−XTiMn
Oとなり、負極活物質中にはリチウムイオンがドープさ
れて蓄電され、充分充電されれば3.5V以上の電圧で
放電することができる。放電では負極活物質からリチウ
ムイオンが脱ドープされて正極活物質へ戻る。この充放
電における正極と負極でのリチウムイオンの脱ドープ
(正極)、ドープ(負極)およびドープ(正極)、脱ド
ープ(負極)は可逆的に何回も繰り返して行われるの
で、図3に示したように、本発明の実施例の電池(C)
〜(H)は何れも100回以上の充放電サイクル経過後
も初期の容量の80%以上を維持する優秀な非水電解液
二次電池である。
【0013】しかし実施例で正極材料としてリチウム含
有チタンマンガン酸化物(B)を使用して作成した電池
(B)では、初期の容量としては試作電池中最高の容量
を示していたが30サイクル以降急激に容量が減り始
め、50サイクルでは初期容量の半分以下になってしま
った。したがって充分なサイクル特性が要求される用途
には不適切であり、正極活物質とするリチウム含有チタ
ンマンガン複合酸化物(LiTiMnO)の合成
において、0.25<A、0.25<Y、Z<0.25
とすることが望ましいことが判った。したがって結局正
極活物質とするリチウム含有チタンマンガン複合酸化物
は組成式LiTiMnOにおいて0.25<A≦
0.28、0.25<Y≦0.31、0.16≦Z<
0.25であることが望ましい。
【0014】しかし本発明は基本的な組成式としてLi
TiMnO(但し、0.25<A≦0.28、
0.25<Y≦0.31、0.16≦Z<0.25)で
示されるリチウム含有チタンマンガン複合酸化物を正極
活物質とするものであるが、LiTiMnOはL
1+α2−α(但し0≦α≦0.33、MはT
iとMnの混合元素)で示されるスピネル系リチウム含
有金属酸化物の一種と考えられ、非水電解液二次電池の
正極活物質として既に検討されているスピネル系リチウ
ムマンガン酸化物(LiMn)と類似するもので
ある。LiMnのこれまでの検討では、LiMn
のMnイオンの一部を他の元素(Co、Ni、F
e、Cr等)で置換することでサイクル特性が改善され
ることが公知であり、本発明におけるリチウム含有チタ
ンマンガン複合酸化物もTiおよびMnイオンの一部を
他の元素(Co、Ni、Fe、Cr等)で置換すること
は可能であり、他の元素(M)で置換したLiTi
Y−αMnZ−βα+βOも本発明と変わるものでは
ない。
【0015】実施例においては正極活物質とするLi
TiMnOの合成において、金属チタン粉末と炭酸
リチウムとMnを出発原料として使用したが、他
のチタン化合物やリチウム化合物およびマンガン化合物
を出発原料として合成することも可能である。
【0016】
【発明の効果】本発明はリチウム含有マンガンチタン複
合酸化物(LiTiMnO)を正極活物質とする
二次電池を提供するものであって、例えば黒鉛質炭素材
料を負極活物質として非水電解液二次電池を構成するこ
とができる。この場合充電では正極活物質はリチウムイ
オンが脱ドープされLiA−XTiMnO(0<
X)となり、負極活物質中にリチウムイオンがドープさ
れて蓄電され、充分充電されれば3V以上の電圧で放電
することができる。放電では負極活物質からリチウムイ
オンが脱ドープされて正極活物質へ戻る。正極および負
極における上記リチウムイオンの脱ドープ/ドープは可
逆的に何回も繰り返して行われるので、安価な材料で長
寿命の非水電解液二次電池が実現する。その結果、資源
的に豊富な材料で安価な二次電池が提供できるようにな
り、電気自動車や電力貯蔵用の二次電池の実現も可能と
するものであり、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例におけるコイン型電池の構造を示した模
式的断面図
【図2】試作電池の放電カーブ
【図3】試作電池の充放電サイクル特性
【符号の説明】 1は負極、2は正極、3はセパレータ、4は電池缶、5
は電池蓋体、6はガスケット、7は電極押さえ板、8は
負極集電体、9は正極集電体、10はアルミニウム箔で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/36 - 4/62

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極と負極とリチウムイオンを含む非水電
    解液を有する二次電池において、前記正極の活物質材料
    が、組成式LiO(但し、Tはチタンを主と
    する元素であり、Mはマンガンを主とする元素であって
    0.25<A≦0.28、0.25<Y≦0.31、
    0.16≦Z<0.25)で示されるリチウム含有チタ
    ンマンガン複合酸化物であることを特徴とする非水電解
    液二次電池。
JP18171194A 1994-06-28 1994-06-28 二次電池 Expired - Lifetime JP3281187B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18171194A JP3281187B2 (ja) 1994-06-28 1994-06-28 二次電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18171194A JP3281187B2 (ja) 1994-06-28 1994-06-28 二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0817423A JPH0817423A (ja) 1996-01-19
JP3281187B2 true JP3281187B2 (ja) 2002-05-13

Family

ID=16105526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18171194A Expired - Lifetime JP3281187B2 (ja) 1994-06-28 1994-06-28 二次電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3281187B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3625679B2 (ja) * 1999-03-19 2005-03-02 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
US9299475B2 (en) 2010-11-05 2016-03-29 Nec Corporation Positive electrode active material for secondary battery and secondary battery using the same
WO2013153690A1 (ja) 2012-04-13 2013-10-17 日本電気株式会社 二次電池用正極活物質及びそれを使用した二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0817423A (ja) 1996-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0486950B1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
US8835027B2 (en) Positive electrodes for lithium batteries
US20030157409A1 (en) Polymer lithium battery with ionic electrolyte
KR20100064632A (ko) 캐소드 및 이를 채용한 리튬 전지
JPH0822841A (ja) 二次電池
JP2002015735A (ja) リチウム二次電池正極活物質用リチウム鉄複合酸化物、その製造方法およびそれを用いたリチウム二次電池
EP0647974B1 (en) Lithium secondary battery
JP2003229172A (ja) 非水電解質電池
JPH04284374A (ja) 非水電解液二次電池
JPH11219731A (ja) 有機電解質二次電池
JP3396696B2 (ja) 二次電池
JP2004265749A (ja) リチウム二次電池
US6627351B1 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JPH117958A (ja) 正極活物質の製造方法及び非水電解液二次電池
JPH10255844A (ja) 非水電解液二次電池
JP3368029B2 (ja) 二次電池
JP2004063270A (ja) 正極活物質の製造方法、並びに非水電解質電池の製造方法
JP3281187B2 (ja) 二次電池
KR101243941B1 (ko) 리튬 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지
JP3219352B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP2001052760A (ja) 非水電解液二次電池の充電方法
JP3079613B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP3089662B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP2003217568A (ja) 非水電解質2次電池用正極及び非水電解質2次電池
JP2975727B2 (ja) 非水電解液電池

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080222

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090222

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090222

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100222

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120222

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120222

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130222

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130222

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140222

Year of fee payment: 12

EXPY Cancellation because of completion of term