JP3424725B2 - 非水電解質二次電池用電極活物質およびアルカリ金属非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池用電極活物質およびアルカリ金属非水電解質二次電池

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JP3424725B2 JP03305997A JP3305997A JP3424725B2 JP 3424725 B2 JP3424725 B2 JP 3424725B2 JP 03305997 A JP03305997 A JP 03305997A JP 3305997 A JP3305997 A JP 3305997A JP 3424725 B2 JP3424725 B2 JP 3424725B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非水電解質二次電池用
極活物質およびアルカリ金属非水電解質二次電池、さら
に詳細には充放電可能な電極活物質および非水電解質二
次電池に関し、特に鉄やマンガン、あるいはチタン等の
複塩を主体とする電極活物質およびこの電極活物質を用
いることで安価な二次電池の実現を目指すものである。
【0002】
【従来の技術及び問題点】リチウムなどのアルカリ金属
及びその合金や化合物を負極活物質とする非水電解質電
池は、負極金属イオンの正極活物質へのインサーション
もしくはインターカレーション反応によって、その大放
電容量と充電可逆性を両立させている。従来から、リチ
ウムを負極活物質として用いる二次電池としては、リチ
ウムに対しインターカレーションホストとなりうるV
やLiCoOやLiNiOなどの層状もしくは
トンネル状酸化物を正極に用いた電池が提案されている
が、これらの金属酸化物は中心金属にクラーク数の極端
に小さなレアメタルを用いているため、コストの点で実
用上難点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状の
問題点を改善するために提案されたもので、その目的
は、充放電特性に優れた電池特性を持つ大型電池用非水
電解質電池を低コストで提供することにある。
【0004】
【問題点を解決するための手段】かかる目的を達成する
ため、本発明による非水電解質二次電池用電極活物質
は、一般式、MBO(M:遷移金属)で与えられる
遷移金属ホウ酸錯体でなる正極活物質において、Mとし
てFe,Mn,Tiを少なくとも一種類を含んで構成さ
れることを特徴とする。
【0005】本発明はまた、上述の電極活物質を使用す
るアルカリ金属非水電解質二次電池を提供するものであ
り、一般式、MBO(M:遷移金属)で与えられる
遷移金属ホウ酸錯体でなる電極活物質であって、Mとし
てFe,Mn,Tiを少なくとも一種類を含んで構成さ
れる遷移金属ホウ酸錯体でなる電極活物質を正極活物
して含んで構成されることを特徴とする。
【0006】すなわち、本発明の非水電解質二次電池用
電極活物質およびアルカリ金属非水電解質二次電池で
は、最も安価な金属である鉄などを中心金属とする組成
式、MBO(Mは遷移金属でありこの場合鉄などを
主成分とする)で表される物質を正極活物質として含
み、アルカリ金属またはアルカリ金属を吸蔵、放出可能
な物質を対極活物質とし、前記アルカリ金属のイオンが
前記正極活物質または前記負極活物質と電気化学反応を
するための移動を行い得る物質を電解質物質としたこと
を特徴としている。
【0007】本発明をさらに詳しく説明する。
【0008】例えば、電極活物質としてのFeBO
は、酸化第二鉄α−Feとホウ酸Bを化学
量論組成もしくは、硼素成分の揮発による目減りを補う
ため、若干量ホウ酸を多めに(約5%前後)秤量混合
後、大気中、700℃で6時間仮焼成した後、さらに9
00℃で2日間焼成後、急冷して合成することができ
る。合成方法、合成条件はこれに限定されるものではな
く、γ−FeやFe、もしくはFeO、あ
るいはそれらの酸化鉄の混合物や水酸化第2鉄といった
他の出発原料からの合成も可能である。鉄に代ってM
n,Tiを用いる場合も同様である。
【0009】この活物質を用いて電極を形成する方法に
は、以下のものがある。まず、前記化合物粉末とポリテ
トラフルオロエチレンのごとき結着剤粉末との混合物を
ステンレス等の支持体上に圧着成形する方法がある。或
いは、かかる混合物粉末に導電性を付与するためアセチ
レンブラックのような導電性粉末を混合し、これにさら
にポリテトラフルオロエチレンのような結着剤粉末を所
要に応じて加え、この混合物を金属容器にいれる方法、
あるいは、前述の混合物をステンレスなどの支持体に圧
着成形する方法、あるいは、前述の混合物を有機溶剤等
の溶媒中に分散してスラリー状にして金属基板上に塗布
する方法等がある。
【0010】負極活物質としてリチウム金属を用いる場
合は、リチウム金属をシート状にして、そのシートをニ
ッケル、ステンレス等の導電体網に圧着して負極として
形成される。また、負極活物質としては、リチウム以外
にリチウム合金やリチウム化合物、その他ナトリウム、
カリウム、マグネシウム等従来公知のアルカリ金属、及
びそれらのアルカリ金属合金、アルカリ金属イオンを吸
蔵、放出可能な炭素材料等を使用できる。
【0011】電解液としては、例えばジメトキシエタ
ン、2−メチルテトラヒドロフラン、エチレンカーボネ
ート、メチルホルメート、ジメチルスルホキシド、プロ
ピレンカーボネート、アセトニトリル、ブチロラクト
ン、ジメチルホルムアミド、ジメチルカーボネート、ジ
エチルカーボネート、スルホラン、エチルメチルカーボ
ネート等に、アルカリ金属イオンを含むルイス酸を溶解
した非水電解質溶媒、あるいは固体電解質等が使用でき
る。
【0012】さらにセパレータ、電池ケース等の構造材
料等の他の要素についても従来公知の各種材料が使用で
き、特に制限はない。
【0013】
【実施例】以下実施例によって本発明の方法をさらに具
体的に説明するが、本発明はこれらによりなんら制限さ
れるものではない。なお、実施例において電池の作成及
び測定はアルゴン雰囲気下のドライボックス内で行っ
た。
【0014】
【実施例1】図1は本発明による電池の一具体例である
コイン型電池の断面図であり、図中1は封口板、2はガ
スケット、3は正極ケース、4は負極、5はセパレー
タ、6は正極合剤ペレットを示す。
【0015】正極活物質には、酸化第二鉄α−Fe
とホウ酸Bを次式の反応式にのっとって、3:
1の組成比で秤量混合の上、大気中、700℃で6時間
焼成後、さらに900℃で2日間焼成後、急冷して得た
FeBOを用いた。
【0016】反応式:3Fe+B→2Fe
BO
【0017】得られた粉末試料のX線回折図形を図2に
示す。そのX線回折パターンは、まさしく空間群Pnm
aのFeBO(JCPDS#18−0636)であ
ると同定された。
【0018】この試料を粉砕して粉末とし、導電剤(ア
セチレンブラック)、結着剤(ポリテトラフルオロエチ
レン)と共に混合の上、ロール成形し、正極合剤ペレッ
ト6(厚さ0.5mm、直径15mm)とした。
【0019】次にステンレス製の封口板1上に金属リチ
ウムの負極4を加圧配置したものをポリプロピレン製ガ
スケット2の凹部に挿入し、負極4の上にポリプロピレ
ン製で微孔性のセパレータ5、正極合剤ペレット6をこ
の順序に配置し、電解液として、エチレンカーボネー
ト、ジメチルカーボネートの体積比1:2の混合溶媒に
LiPFを溶解させた1規定溶液を適量注入して含浸
させた後に、ステンレス製の正極ケース3を被せてかし
めることにより、厚さ2mm、直径23mmのコイン型
リチウム電池を作製した。
【0020】本発明のサイクル可逆性を示す一例とし
て、0.5mA/cmの電流密度での1.2V−2.
5V間電圧規制充放電サイクル試験の2サイクル目の充
放電曲線を図3に示す。その放電曲線は平坦で、しかも
その平均放電電圧は、約1.5Vであるため、従来の水
溶液系2次電池であるニッカド電池やニッケル水素電
池、あるいは乾電池と電圧互換性を有する低コストの電
極材料であることがわかる。
【0021】
【実施例2】実施例1と同様にして作製したコイン型リ
チウム電池を用い、FeTi 3−x BO、あるいは
MnFe 3−x BO、TiMn 3−x BO
0.5mA/cmの電流密度での可逆容量を表1に示
す。本発明により、これらの錯体はFeBOと同様
に、大容量を示す電極材料であることが分かった。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低コストの実用性の高い大容量非水電解質二次電池を構
成することができ、様々な分野に利用できるという利点
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるコイン型電池の構成例
を示す断面図。
【図2】本発明の一実施例であるFeBOのX線回
折図形。
【図3】本発明の一実施例であるFeBOの1.2
V一2.5V電圧規制試験時の充放電曲線を示す特性
図。
【符号の説明】
1 ステンレス製封口板 2 ポリプロピレン製ガスケット 3 ステンレス製正極ケース 4 リチウム負極 5 ポリプロピレン製セパレータ 6 正極合剤ペレット
フロントページの続き (72)発明者 山木 準一 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−288123(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/00 - 4/62 H01M 6/00 - 6/22 H01M 10/00 - 10/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式、MBO(M:遷移金属)で
    与えられる遷移金属ホウ酸錯体でなる正極活物質におい
    て、MとしてFe,Mn,Tiを少なくとも一種類を含
    んで構成される非水電解質二次電池用電極活物質。
  2. 【請求項2】 一般式、MBO(M:遷移金属)で
    与えられる遷移金属ホウ酸錯体でなる電極活物質であっ
    て、MとしてFe,Mn,Tiを少なくとも一種類を含
    んで構成される遷移金属ホウ酸錯体でなる電極活物質を
    正極活物質として含んで構成されることを特徴とするア
    ルカリ金属非水電解質二次電池。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の電極活物質を正極と
    し、アルカリ金属を含んで構成される物質を負極とし、
    電解質として非水溶媒を含んで構成されることを特徴と
    するアルカリ金属非水電解質二次電池。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載のアルカリ金属がリチウ
    ムであることを特徴とするアルカリ金属非水電解質二次
    電池。
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