JP3489286B2 - 非水二次電池 - Google Patents

非水二次電池

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JP3489286B2
JP3489286B2 JP22773595A JP22773595A JP3489286B2 JP 3489286 B2 JP3489286 B2 JP 3489286B2 JP 22773595 A JP22773595 A JP 22773595A JP 22773595 A JP22773595 A JP 22773595A JP 3489286 B2 JP3489286 B2 JP 3489286B2
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electrode
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央 藤本
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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シート状の電極と
帯状セパレーターとを積層後、渦巻き状に巻回した渦巻
式電極を電池缶内に挿入する円筒型非水二次電池に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般用の二次電池としては、従来から鉛
電池、ニッケル−カドミウム電池等の水系電解液電池が
主流であった。しかしこれらの電池は充放電サイクル性
に優れるもののエネルギー密度の点からは充分とは言え
ず、代わって最近、リチウム又はリチウム合金を負極に
用いた非水電解液二次電池の開発、あるいは負極に炭素
材料を使用した非水電解液二次電池の開発が進んで来
た。リチウムを用いたこれらの電池は高エネルギー密度
を有し、自己放電も少なく軽量と言う特性を有するが、
それらを用いると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成
長し、内部ショートしたり、その樹枝状金属自体の活性
が高く、発火する危険をはらんでいる。これに対して、
最近、リチウムを挿入・放出することができる焼成炭素
質材料が実用されるようになってきた。しかし、近年の
電子機器の小型、軽量化に伴う移動用電源としての需要
においては、充放電の回数の増加が著しく、更なるサイ
クル寿命の向上が望まれていおり、特に、充放電時に高
電流が必要とする電子機器の場合には、通常の低電流で
の使用条件時よりもサイクル性が悪化し易いと言う問題
がある。
【0003】サイクル性を向上させる手段としては、例
えば、特開平4−12471号に記載の様に、巻回して
成る電池シートの外周層における活物質量が内周層にお
ける活物質量よりも多い電極を用いる方法、あるいは特
開平6−132032号公報に記載の様に負極に特定の
黒鉛的結晶構造パラメータ値を有する炭素材料を用いる
方法、あるいは特開平6−150971号公報に記載の
巻終わり部を固定する粘着テープの長さを規定する方法
等が知られているが、上記の様に充放電時に高電流が必
要とする電子機器の場合に充分な性能が得られていると
は言えない。
【0004】更に、シート状の電極を渦巻状に巻回して
なる円筒型電池の場合には、出来るだけ歪みのない様に
巻回しないと電池缶に電極を挿入する際に支障をきたす
ことがある。例えば、巻回時の形状が円状でなく角張っ
て挿入出来なくなったり、巻回時の最内周の電極部の曲
率が小さいために、電極が折れ曲がったり、電極素材が
集電体から剥離したりする場合がある。特に、電池の容
量を上げるために電極の塗布厚みを増加した場合に起こ
り易く、改善が望まれている。
【0005】巻回性を向上させる手段としては、例え
ば、巻芯を使用したり、巻始めに曲率に沿う様に治具で
型を付ける等を利用することが知られているが、特にシ
ート塗布膜厚が厚いときには充分な巻回性が得られると
は言えないのが実情である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の第1の
目的は、充放電サイクル特性、特に高電流適性の優れた
非水二次電池を提供することにある。本発明の第2の目
的は、製造時の巻回適性の優れた非水二次電池を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、集電体
に活物質を含む電極合剤を塗布してなるシート状の正極
及び負極、及びリチウム塩を含む非水電解質を有する非
水二次電池において、該シート状の電極を巻回する際
に、塗布された電極合剤が集電体の外側と内側の両方に
存在するように配置され、かつ少なくとも正極の集電体
の内側に塗布された電極合剤の塗布厚みが集電体の外側
に塗布された電極合剤の塗布厚みより薄く、負極活物質
の少なくとも1種が、下記一般式(2)で表わされる非
晶質カルコゲン化合物又は非晶質酸化物であることを特
徴とする非水二次電池によって達成された。SnM 3 p 5 q 一般式(2) 式中、M 3 はSi、Ge、Pb、P、B、Al、As、
Sbから選ばれる少なくとも一種であり、M 5 はO、S
から選ばれる少なくとも一種であり、pは0を越え10
以下であり、qは1.0以上50以下である
【0008】本発明において、集電体の内側の電極合剤
の塗布厚みが、集電体の外側の電極合剤の塗布厚みの6
0%以上97%以下であることが好ましく、更に70%
以上95%以下が好ましく、75%以上96%以下が最
も好ましい。集電体の内側の電極合剤の塗布厚みが、集
電体の外側の電極合剤の塗布厚みより薄いことで本発明
の効果は認められるが、内側の厚みが外側の厚みの97
%以上の場合には巻回時に内側の電極合剤にややシワが
より易い。しかし、内側の厚みが外側の厚み以上である
場合には電極の折れが発生したり、巻回時の形状がかな
り角張ってしまう。逆に、集電体の内側の電極合剤の塗
布厚みが、集電体の外側の電極合剤の塗布厚みの60%
以下の場合は、シート状の電極をプレスして集電体に圧
着する際にシートのカールが発生して、製造適性を悪化
させたり、サイクル特性が低下してしまうことが判っ
た。また本発明は、集電体を有するシート状の正極及び
負極を巻回してなる電極において、集電体を除く正極の
内側と外側の電極合剤と、負極の内側と外側の電極合剤
の合計厚みが、330μm以上600μm以下の場合に
好ましい効果が顕著に得られる。更に好ましくは上記正
極と負極の合計厚みが、350μm以上500μm以下
の場合が良い。
【0009】 また、正極、負極共に各々の集電体の内
側の塗布厚みが外側の塗布厚みより薄くても良い。この
場合は、内側の塗布厚みの正極、負極の合計が、外側の
塗布厚みの正極、負極の合計の60%以上97%以下に
なるように配置するのが好ましい。より好ましくは70
%以上95%以下となるのが良い。
【0010】本発明は、高電流にて充放電を行なう場合
により顕著に効果が現れる。好ましい充放電時の電流値
は正、負極の相対向する面積が80cm2 〜120cm2
場合には500mA以上2.0A以下が好ましく、更に
は600mA以上、1.5A以下が好ましい。又、正、
負極の相対向する面積が150cm2 〜300cm2 の場合
には、1A以上6A以下が好ましく、更には、1.3A
以上5A以下が好ましい。例えば、充電時の正極シート
内の活物質単位重量当りのLi放出量は、シートを巻回
して成る場合には、集電体の外側の活物質の方が、内側
よりも多くなりやすい。低電流で充電する場合は、この
内外のバランスは比較的解消されやすいが、高電流で充
電した場合は、外側の正極の負荷が大きくなると思われ
る。この様な状態で、充放電をくり返して行くと正極の
外側の合剤がもろくなり、サイクル特性が低下すること
がわかった。この様な場合、本発明の構成に従えば、集
電体の内外のバランスが良好になり、サイクル中の合剤
のハク離が低減し、サイクル特性が良化することがわか
った。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】 また、本発明の電池は、負極活物質の少
なくとも1種が、下記一般式(2)で表わされる非晶質
カルコゲン化合物又は非晶質酸化物である。 SnM3 p5 q 一般式(2) 式中、M3 はSi、Ge、Pb、P、B、Al、As、
bから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはS
i、Ge、Pb、P、B、Al、Sbであり、特に好ま
しくはSi、Ge、Pb、P、B、Alである。M5
O、Sから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくは
Oである。pは0を越え10以下であり、好ましくは
0.01以上5以下であり、さらに好ましくは0.01
以上1.5以下であり、特に好ましくは0.7以上1.
5以下である。qは1.0以上50以下であり、好まし
くは1.0以上26以下であり、特に好ましくは1.0
2以上6以下である。一般式(2)として好ましくは一
般式(3)としてあらわされる。 SnM3 rs 一般式(3) 式中、M3 は一般式(2)と同じであり、特にSi
ましい。rは0を越え5.0以下、s=1.0以上26
以下の数字を表す。rはさらに好ましくは0.01以上
1.5以下であり、特に好ましくは0.7以上1.5以
下である。sは特に好ましくは1.02以上6以下であ
る。
【0017】一般式(2)、(3)で示される酸化物を
主体とする複合酸化物としては例えばSnSi0.01
1.02、SnGe0.011.02、SnPb0.011.02、Sn
0.011.025 、SnB0.011.015 、SnAl0.01
1.015 、SnSi0.012.02、SnGe0.012.02、S
nPb0.012.02、SnP0.012.025 、SnB0.01
2.015 、SnSi0.051.1 、SnGe0.051.1 、S
nPb0.051.1 、SnP0.051.125 、SnB0.05
1.075 、SnSi0.052.1 、SnGe0.052. 1 、S
nPb0.052.1 、SnP0.052.125 、SnB0.05
2.075 、SnSi 0.1 1.2 、SnGe0.1 1.2 、S
nPb0.1 1.2 、SnP0.1 1.25、SnB0.1
1.15、SnSi0.1 2.2 、SnGe0.1 2.2 、Sn
Pb0.1 2. 2 、SnP0.1 2.25、SnB0.1
2.15 、SnSi0.2 1.4 、SnGe
0.2 1.4 、SnPb0.2 1.4 、SnP
0.21.5 、SnB0.2 1.3 、SnSi
0.2 2.4 、SnGe0.2 2.4 、SnPb0.
22.4 、SnP0.2 2.5 、SnB0.2 2.3 、Sn
Si0.3 1.6 、SnGe0.3 1. 6、SnPb 0.3
1.6 、SnP0.3 1.75、SnB0.3 1.45、SnSi
0.3 2.6 、SnGe0.3 2.6 、SnPb
0.3 2.6 、SnP0.3 2.75、SnB0.3 2.45、S
nSi0.7 2.4 、SnGe0.7 2.4 、SnPb0.7
2.4 、SnP0.7 2.75、SnB0.7 2.05、SnS
0.8 2.6 、SnGe0.8 2.6 、SnPb 0.8
2.6 、SnP0.8 3 、SnB0.8 2.2 、SnSiO
3
【0018】SnGeO3 、SnPbO3 、SnPO3.
5 、SnBO2.5 、SnSi1.2 3. 4 、SnGe1.2
3.4 、SnPb1.2 3.4 、SnP1.2 4 、SnB
1.2 2.8 、SnSi1.5 4 、SnGe1.5 4 、S
nPb1.5 4 、SnP1.5 4.75、SnB
1.5 3.25、SnSi2 5 、SnGe2 5 、SnP
2 5 、SnP2 6 、SnB2 4 、SnSi2
6 、SnGe2 6 、SnPb2 6 、SnP2 7
SnB 2 5 、SnSiS3 、SnSiSe3 、SnS
iTe3 、SnPS3.5 、SnPSe3.5 、SnPTe
3.5 、SnBS2.5 、SnBSe2.5 、SnBT
2.5、SnP0.8 3 、SnB0.8 2.2 、SnSi
0.25BO3 等である。また一般式(2)、(3)におけ
るSn、M3 の価数は特に限定されることはなく、単独
価数であっても、各価数の混合物であっても良い。また
一般式(2)で示される化合物のM3 の量は、Snに対
して0.01以上10モル当量以下の範囲において連続
的に変化させることができ、それに応じてM5 の量(一
般式(2)において、q の値)も連続的に変化する。ま
た一般式(3)で示される化合物のM3 の量は、Snに
対して0.01以上5.0モル当量以下の範囲において
連続的に変化させることができ、それに応じて酸素の量
(一般式(3)において、sの値)も連続的に変化す
る。
【0019】一般式(3)は、好ましくは、一般式
(4)で表される。 SnSit u 6 v s 一般式(4) 一般式(4)は、更に好ましくは、一般式(5)で表さ
れる。 SnSit u Alv s 一般式(5) 式中、M6 はGe 、B、Al、Pbから選ばれる少なく
とも一種であり、好ましくは、Ge、Al、Bであり、
特に好ましくはAlである。tは0を越え2.0以下で
あり、好ましくは0を越え1.5以下である。uは0.
01以上4.0以下であり、好ましくは0.01以上
3.5以下である。vは0以上2.0以下であり、好ま
しくは0以上1.5以下である。s は1.0以上26以
下であり、特に好ましくは1.02以上10以下であ
る。
【0020】一般式(4)又は(5)で示される酸化物
としては例えばSnSi0.250.20.2 3 、SnS
0.5 0.2 0.2 3 、SnSi0.9 0.1 2.25
SnSi0.8 0.2 3.1 、SnSi0.7
0.3 2.75、SnSi0.5 0.5 3.25、SnSi0.3
0.7 3.35、SnSi0.2 0.8 3.4 、SnSi
0.5 0.12.25、SnSi0.1 Ge0.1
0.9 3.65、SnSi0.2 Ge0.1 0.7 3. 35、Sn
Si0.6 Ge0.4 0.1 3.25、SnSi0.6 Ge0.2
0.2 3.1 、SnSi0.7 Ge0.1 0.2 3.1 、S
nSi0.8 Ge0.1 0.1 3.05、SnSi0.8 Ge
0.1 0.3 3.55、SnSiGe0.1 0.1 3.45、S
nSiGe 0.2 0.2 3.9 、SnSiGe0.1 0.2
3.7 、SnSi0.1 Al0.1 0. 9 3.6 、SnSi
0.3 Al0.1 0.7 3.5 、SnSi0.6 Al0.3
0.1 2.9 、SnSi0.6 Al0.2 0.2 3 、SnS
0.6 Al0.1 0.3 3.1 、SnSi0.8 Al0.1
0.1 3、SnSi0.8 Al0.1 0.2 3.25、SnS
0.8 Al0.2 0.2 3.4 、SnSi0.7 Al0.2
0.3 3.45、SnSi0. 4 Al0.2 0.6 3.6 、Sn
SiAl0.2 0.4 3.5 、SnSiAl0.1 0.1
3.4 、SnSiAl0.2 0.2 3.8 、SnSiAl
0.1 0.2 3.65、SnSi0.1 0.1 0.9 3.6
SnSi0.3 0.1 0.7 3.5 、SnSi 0.6 0.3
0.1 2.9
【0021】SnSi0.6 0.2 0.2 3 、SnSi
0.6 0.1 0.3 3.1 、SnSi0. 8 0.1 0.1
3 、SnSi0.8 0.1 0.3 3.5 、SnSiB0.1
0.13.4 、SnSiB0.2 0.2 3.8 、SnSi
0.1 0.2 3.65、SnSi 0.1 Pb0.1 0.9
3.6 、SnSi0.3 Pb0.1 0.7 3.5 、SnSi
0.6Pb0.3 0.1 2.9 、SnSi0.6 Pb0.2
0.2 3 、SnSi0.6 Pb0. 1 0.3 3.1 、SnS
0.8 Pb0.1 0.1 3 、SnSi0.8 Pb0.1 0.
3 3.5 、SnSiPb0.1 0.1 3.4 、SnSiP
0.2 0.2 3.8 、SnSiPb0.1 0.2 3.65
SnPAl0.1 3.65、SnPAl0.3 3.95、SnP
0.8 Al0.1 3.15、SnP0.8 Al0.3 2.45、Sn
0.5 Al0.1 2.4 、SnP0.5 Al0.3 2.7 等で
あるが、これらに限定されるわけではない。またSn、
6 の価数は特に限定されることはなく、単独価数であ
っても、各価数の混合物であっても良い。また一般式で
示される化合物のM6 の量は、Snに対して0〜2モル
当量の範囲において連続的に変化させることができ、そ
れに応じて酸素の量も連続的に変化する。
【0022】 更に、本発明の一般式()ないし一般
式(5)で表される化合物は、例えば、SnSi0.1
0.1 Pb0.12.6 、SnSi0.2 Ge0.12.6
SnSi0.2 Pb0.12.6 、SnGe0.2 Si0.1
2.6 、SnPb0.2 Si0.12.6 、SnGe0.2 Pb
0.12.6 、SnPb0.2 Ge0.12.6 、SnSi
0.9 Ge0.13 、SnSi0.8 Ge0.23 、SnS
0.5 Ge0.53 、SnSi0.9 Pb0.13 、Sn
Si0.8 Pb0.23 、SnSi0.5 Pb0.53 、S
nGe0.9 Si0.13 、SnGe0.8 Si0.23
SnPb0.9 Si0.13 、SnPb0.8 Si0.2
3 、SnSi0.8 Ge0.1 Pb0.13 、SnP0.9
0.13.45、SnP0.8 Ge0.23.4 、SnP0.5
Ge0.53.25、SnP0.9 Pb0.13.45、SnP
0.8 Pb0.23.4 、SnP0.5 Pb0.53.25、Sn
Ge0.90.13.05、SnGe0.80.23.1 、S
nPb0.90.13.05、SnPb0.80.23.1
SnP0.8 Ge0.1 Pb0.13.4 、SnB0.9 Ge
0.12.55、SnB0.8 Ge0.22.6
【0023】 SnB0.5 Ge0.52.75、SnB0.9
Pb0.12.55、SnB0.8 Pb0.22.6 、SnB
0.5 Pb0.52.75、SnGe0.90.12.95、Sn
Ge0.80.22.9 、SnPb0.90.12.95、S
nPb0.80.22.9 、SnB0.8 Ge0.1 Pb0.1
2.6 、SnSi0.250.20.23 、SnSi0.5
0.20.23 、SnSi0.9 Al0.12.95、Sn
Si0.5 Al0.052.75、SnSi0.5 Al0.1
2.15、SnSi0.5 Al0.52.75、SnSi0.7
0.32.85、SnSiAl0.23.3 、SnSi0.5
0.052.75、SnSi0.50.12.15、SnSi
0.50.52.75、SnSi0.70.32.45、SnS
0.90.12.95、SnSiB0.23.3 、SnSi
0.5 Pb0.052.75、SnSi0.5 Pb0.12.15、S
nSi0.5 Pb0.52.75、SnSi0.7 Pb0.3
2.45、SnSi0.9 Pb0.12.95、SnSiPb0.2
3.3
【0024】 SnSi0.1 Ge0.10.93.65、S
nSi0.2 Ge0.10.73.35、SnSi0.6 Ge
0.40.13.25、SnSi0.6 Ge0.20.2
3.1 、SnSi0.7 Ge0.10.23.1 、SnSi
0.8 Ge0.10.13.05、SnSi0.8 Ge0.1
0.33.55、SnSiGe0.10.13.45、SnSi
Ge0.20.23.9 、SnSiGe0.10.2
3.7 、SnSi0.8 Ge0.1 Al0.12.95、SnSi
0.8 Ge0.10.12.95、SnSi0.8 Ge0.1 Sb
0.12.95、SnSi0.8 Ge0.1 In0.12.95、S
nSi0.8 Ge0.1 Pb0.12.95、SnSi0.8
0.1 Al0.12.9 、SnSi0.8 Sb0.1 AlO
2.9 、SnPAl0.13.65、SnPAl0.33.95
SnP0.8 Al0.13.15、SnP0.8 Al0.3
2.45、SnP0.5 Al0.12.4 、SnP0.5 Al
0.32.7 等がある。
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】 本発明においては、以上示したような一
般式()から()で示される化合物を主として負極
活物質として用いることにより、より充放電サイクル特
性の優れた、かつ高い放電電圧、高容量で安全性の高い
非水二次電池を得ることができる。本発明において、特
に優れた効果を得ることができるのは、Snを含有し且
つSnの価数が2価で存在する化合物を負極活物質とし
て用いることである。Snの価数は化学滴定操作によっ
て求めることができる。例えばPhysics and Chemistry
of Glasses Vol.8 No.4 (1967)の165頁に記載の方法
で分析することができる。また、Snの固体核磁気共鳴
(NMR)測定によるナイトシフトから決定することも
可能である。例えば、幅広測定において金属Sn(0価
のSn)はSn(CH34 に対して7000ppm付
近と極端に低磁場にピークが出現するのに対し、SnO
(=2価)では100ppm付近、SnO2 (=4価)
では−600ppm付近に出現する。このように同じ配
位子を有する場合ナイトシフトが中心金属であるSnの
価数に大きく依存するので、 119Sn−NMR測定で求
められたピーク位置で価数の決定が可能となる。本発明
の負極活物質に各種化合物を含ませることができる。例
えば、Ia族元素(Li、Na、K、Rb、Cs)、遷
移金属(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、N
i、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、
Rh、Pd、Ag、Cd、ランタノイド系金属、Hf、
Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)や周
期表IIa族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba)
VII b族元素(F、Cl、Br、I)を含ませることが
できる。また電子伝導性をあげる各種化合物(例えば、
Sb、In、Nbの化合物)のドーパントを含んでもよ
い。添加する化合物の量は0〜20モル%が好ましい。
【0029】 本発明における一般式()〜()で
示される酸化物を主体とする複合酸化物の合成法は焼成
法、溶液法のいずれの方法も採用することができる。例
えば焼成法について詳細に説明するとSn化合物と 3
化合物( 3 はSi、Ge、Pb、P、B、Al、A
s、Sb)を混合し、焼成せしめればよい。Sn化合物
としてはたとえばSnO、SnO2 、Sn23 、Sn
34 、Sn713・H2 O、Sn815、水酸化第一
錫、オキシ水酸化第二錫、亜錫酸、蓚酸第一錫、燐酸第
一錫、オルト錫酸、メタ錫酸、パラ錫酸、弗化第一錫、
弗化第二錫、塩化第一錫、塩化第二錫、臭化第一錫、臭
化第二錫、沃化第一錫、沃化第二錫、セレン化錫、テル
ル化錫、ピロリン酸第一錫、リン化錫、硫化第一錫、硫
化第二錫、等を挙げることができる。Si化合物として
はたとえばSiO2 、SiO、四塩化珪素、四臭化珪
素、トリクロロメチルシラン、ジメチルジクロロシラ
ン、トリメチルクロロシラン等のハロゲン化有機珪素化
合物、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン等の有
機珪素化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシ
シラン等のアルコキシシラン化合物、トリクロロハイド
ロシラン等のハイドロシラン化合物を挙げることができ
る。Ge化合物としてはたとえばGeO2 、GeO、四
塩化ゲルマニウム、四臭化ゲルマニウム、ゲルマニウム
テトラメトキシド、ゲルマニウムテトラエトキシド等の
アルコキシゲルマニウム化合物等を挙げることができ
る。Pb化合物としてはたとえばPbO2 、PbO、P
23 、Pb34 、PbCl2 、塩素酸鉛、過塩素
酸鉛、硝酸鉛、炭酸鉛、蟻酸鉛、酢酸鉛、四酢酸鉛、酒
石酸鉛、鉛ジエトキシド、鉛ジ(イソプロポキシド)等
を挙げることができる。P化合物としてはたとえば五酸
化リン、オキシ塩化リン、五塩化リン、三塩化リン、三
臭化リン、トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリ
プロピルリン酸、ピロリン酸第一錫、リン酸ホウ素等を
挙げることができる。B化合物としてはたとえば三二酸
化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、炭化ホウ素、
ほう酸、ほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸
トリプロピル、ほう酸トリブチル、リン化ホウ素、リン
酸ホウ素等を挙げることができる。Al化合物としては
たとえば酸化アルミニウム(α−アルミナ、β−アルミ
ナ)、ケイ酸アルミニウム、アルミニウムトリ−iso
−プロポキシド、亜テルル酸アルミニウム、塩化アルミ
ニウム、ホウ化アルミニウム、リン化アルミニウム、リ
ン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ほう酸アルミニ
ウム、硫化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ホウ化ア
ルミニウム等を挙げることができる。Sb化合物として
はたとえば三臭化アンチモン、三塩化アンチモン、三酸
化アンチモン、トリフェニルアンチモン等を挙げること
ができる。他の負極活物質として炭素材料を使用するこ
とができる。炭素材料としては、熱分解炭素類、コーク
ス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コーク
ス等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子
化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を焼成し
たもの)、炭素繊維、活性炭素等を用いることができ
る。
【0030】焼成条件としては、昇温速度として昇温速
度毎分4℃以上2000℃以下であることが好ましく、
さらに好ましくは6℃以上2000℃以下である。とく
に好ましくは10℃以上2000℃以下であり、かつ焼
成温度としては250℃以上1500℃以下であること
が好ましく、さらに好ましくは350℃以上1500℃
以下であり、とくに好ましくは500℃以上1500℃
以下であり、かつ焼成時間としては0.01時間以上1
00時間以下であることが好ましく、さらに好ましくは
0.5時間以上70時間以下であり、とくに好ましくは
1時間以上20時間以下であり、かつ降温速度としては
毎分2℃以上107 ℃以下であることが好ましく、さら
に好ましくは4℃以上107 ℃以下であり、とくに好ま
しくは6℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは1
0℃以上107 ℃以下である。本発明における昇温速度
とは「焼成温度(℃表示)の50%」から「焼成温度
(℃表示)の80%」に達するまでの温度上昇の平均速
度であり、本発明における降温速度とは「焼成温度(℃
表示)の80%」から「焼成温度(℃表示)の50%」
に達するまでの温度降下の平均速度である。降温は焼成
炉中で冷却してもよくまた焼成炉外に取り出して、例え
ば水中に投入して冷却してもよい。またセラミックスプ
ロセッシング(技報堂出版 1987)217頁記載の
gun法・Hammer−Anvil法・slap法・
ガスアトマイズ法・プラズマスプレー法・遠心急冷法・
melt drag法などの超急冷法を用いることもで
きる。またニューガラスハンドブック(丸善 199
1)172頁記載の単ローラー法、双ローラ法を用いて
冷却してもよい。焼成中に溶融する材料の場合には、焼
成中に原料を供給しつつ焼成物を連続的に取り出しても
よい。焼成中に溶融する材料の場合には融液を攪拌する
ことが好ましい。
【0031】焼成ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が
5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性
ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられ
る。
【0032】 本発明に用いる一般式()〜()で
示される化合物の平均粒子サイズは0.1〜60μmが
好ましい。所定の粒子サイズにするには、良く知られた
粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミ
ル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊
星ボールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用い
られる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶
媒を共存させた湿式粉砕も必要に応じて行うことが出来
る。所望の粒径とするためには分級を行うことが好まし
い。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分級機
などを必要に応じて用いることができる。分級は乾式、
湿式ともに用いることができる。
【0033】以下に合成例を示すが、本発明はこれらの
方法に限定されるわけではない。 合成例−1 一酸化錫13.5g 、二酸化珪素6.0g を乾式混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃
/分で1000℃まで昇温した。1000℃で12時間
焼成した後、10℃/分で室温にまで降温し、焼成炉よ
り取り出して、SnSiO3 を得た。該化合物を粗粉砕
し、さらにジェットミルで粉砕し、平均粒径4.5μm
のSnSiO3 を得た。(化合物1−A) また、CuKα線を用いたX線回折法において2θ値で
28°付近に頂点を有するブロードなピークを有する物
であり、2θ値で40°以上70°以下には結晶性の回
折線は見られなかった。同様の方法で、それぞれ化学量
論量の原料を混合、焼成、粉砕し以下に示す化合物を合
成した。 また、それら化合物はCuKα線を用いたX
線回折法において2θ値で20°から40°に頂点を有
するブロードな散乱帯を有する物であった。また、2θ
値で20°以上40°以下に見られるブロードな散乱帯
の頂点の回折線強度をA、2θ値で40°以上70°以
下に結晶性の回折線が見られる場合、その内最も強い強
度をB(結晶性の回折線が無い場合B=0)としたと
き、B/Aの値を化合物番号とともに示す。
【0034】SnGeO3 (化合物1−B、B/A=
0)、SnSi0.8 0.1 0.1 3(化合物1−C、
B/A=0)、SnSi0.9 Ge0.1 3 (化合物1−
D、B/A=0)、SnSi0.9 Pb0.1 3 (化合物
1−E、B/A=0)、SnSi0.5 Ge0.5 3 (化
合物1−F、B/A=0)、SnSi0.5 Pb0.5 3
(化合物1−G、B/A=0.3)、SnGe0.9 Pb
0.1 3 (化合物1−H、B/A=0)、SnSi0.8
2.4 (化合物1−I、B/A=0.1)、SnSi
1.2 3.4 (化合物1−J、B/A=0)、SnSi
1.5 4 (化合物1−K、B/A=0)、PbSiO3
(化合物1−L、B/A=0)、PbGeO3(化合物
1−M、B/A=0)、PbSi0.9 Ge0.1 3 (化
合物1−N、B/A=0)、SnPO3.5 (化合物1−
O、B/A=0)、SnBO2.5 (化合物1−P、B/
A=0)、SnSi0.9 2.8 (化合物1−Q、B/A
=0)を得た。
【0035】合成例−2 一酸化錫1.35g 、二酸化珪素0.6g を乾式混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃
/分で1000℃まで昇温した。1000℃で10時間
焼成した後、アルゴン雰囲気下ステンレスホイ−ル上に
流し出し急冷した。該化合物を粗粉砕し、さらに振動ミ
ルで粉砕し、平均粒径3.5μmのSnSiO3 を得
た。(化合物2−A) また、X線回折においてB/A=9.5であった。
【0036】合成例−3 二酸化錫15.1g 、二酸化珪素0.6g を乾式混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、空気中、1200℃で1
0時間焼成した。焼成後室温にまで冷却し、焼成炉より
取り出して、SnSi0.1 2.2 を得た。該化合物をジ
ェットミルで粉砕し、平均粒径4μmのSnSi0.1
2.2 を得た。(化合物3−A) また、X線回折においてB/A=0であった。同様の方
法で、それぞれ化学量論量の原料を混合、焼成、粉砕
し、それぞれSnSi0.3 2.6 (化合物3−B、B/
A=2.4)、SnGe0.1 2.2 (化合物3−C、B
/A=7.4)、SnGe0.3 2.6 (化合物3−D、
B/A=4.7)、SnPb0.1 2.2 (化合物3−
E、B/A=7.5)、SnPb0.12.6 (化合物3
−F、B/A=16.5)、SnSi0.1 Ge0.1
2.4 (化合物3−G、B/A=9.5)、SnSi0.1
Pb0.1 2.4 (化合物3−H、B/A=29.1)、
SnSi0.012.02(化合物3−I、B/A=7.
1)、SnSi1.5 5 (化合物3−J、B/A=
0)、SnSi2 6 (化合物3−K、B/A=0)、
PbSi0.1 2.2 (化合物3−L、B/A=5.
3)、PbGe0.3 2.6 (化合物3−M、B/A=
2.3)、GeSi0.1 2.2 (化合物3−N、B/A
=0)、GeSi0.3 2.6 (化合物3−O、B/A=
0)、SnP0.3 2.75(化合物3−P、B/A=1.
4)、SnB0.3 2.45(化合物3−Q、B/A=6.
4)を得た。
【0037】合成例−4 一酸化錫13.5g 、二酸化珪素4.8g 、五酸化二り
ん1.42gを露点−50℃の乾燥空気中にて秤量し、
次にこの乾燥空気中にてボールミルにて乾式混合した。
次にアルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下10℃
/分で1100℃まで昇温した。1100℃で10時間
焼成したのち、8.3℃/分で室温にまで冷却し、ガラ
ス状化合物を得た。該化合物をジェットミルで粉砕し、
さらに風力分級を行って平均粒径4μm の化合物4−A
を得た。また、X線回折においてB/A=0であった。
同様の方法で、それぞれ化学量論量の原料を混合、焼
成、粉砕した。但しAl原料としてはAl2 3 を、S
b原料としてはSb2 3 を用いた。それぞれSnSi
0.9 0.1 3.05(化合物4−B、B/A=0)、Sn
Si0.7 0.3 3. 15(化合物4−C、B/A=0)、
SnSi0.5 0.5 3.25(化合物4−D、B/A=
0)、SnSi0.2 0.8 3.4 (化合物4−E、B/
A=0)、SnSi0.8 0.1 Sb0.1 3 (化合物4
−F、B/A=0.5)を得た。
【0038】合成例−5 一酸化錫10.78g、二酸化珪素3.6g、ピロリン
酸第一錫4.11g、二酸化ゲルマニウム2.1gをボ
ールミルにて乾式混合した。次にアルミナ製るつぼに入
れ、アルゴン雰囲気下10℃/分で1100℃まで昇温
した。1100℃で10時間焼成したのち、アルゴン雰
囲気下で水中に焼成物を投入し急冷し、ガラス状化合物
を得た。該化合物をボールミルを用いて水を媒体として
湿式粉砕した。つぎに粉体を水に分散したまま、25μ
mのふるいを通し粗大粒子を取り除いた。デカンデーシ
ョンによって水をのぞいた後、150℃で1時間乾燥し
た。平均粒径3.1μm 化合物5−Aを得た。また、X
線回折においてB/A=0であった。同様の方法で、そ
れぞれ化学量論量の原料を混合、焼成、粉砕した。但し
Al原料としてはAl2 3 を用いた。それぞれSnS
0.7 Ge0.1 0.2 3.1(化合物5−B、B/A=
0)、SnSi0.6 Ge0.4 0.1 3.25(化合物5−
C、B/A=0)、SnSi0.2 Ge0.1 0.7 3.35
(化合物5−D、B/A=0)、SnSi0.8 0.1
0.1 3 (化合物5−E、B/A=0)、SnSi
0.8 0.2 Al0.1 3.25(化合物5−F、B/A=
0)、SnSi0.60.1 Al0.3 2.9 (化合物5−
G、B/A=0)、SnSi0.6 0.3 Al 0.1 3.1
(化合物5−H、B/A=0)、SnSi0.3 0.7
0.1 3.5(化合物5−I、B/A=1.5)、Sn
Si0.8 0.2 3.1 (化合物5−J、B/A=0)、
SnSi0.6 0.4 Al0.2 3.5 (化合物5−K、B
/A=0)、SnSi0.1 0.9 Al0.1 3.6 (化合
物5−L,B/A=0)、SnSi0.8 Al0.2 0.2
3.4 (化合物5−M、B/A=0)、SnSi0.7
0.2 0.3 3.45(化合物5−N、B/A=0)、S
nSi0.4 Al0.2 0. 6 3.6 (化合物5−O、B/
A=0)、SnPAl0.1 3.65(化合物5−P、B/
A=0)を得た。
【0039】本発明で用いられる正極活物質は可逆的に
リチウムイオンを挿入・放出できる遷移金属酸化物でも
良いが、特にリチウム含有遷移金属酸化物が好ましい。
本発明で用いられる好ましいリチウム含有遷移金属酸化
物正極活物質としては、リチウム含有Ti、V、Cr、
Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Wを含む酸化物
があげられる。またリチウム以外のアルカリ金属(周期
律表の第IA、第IIAの元素)、半金属のAl、Ga、
In、Ge、Sn、Pb、Sb、Biなどを混合しても
よい。混合量は0〜10モル%が好ましい。本発明で用
いられるより好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極
活物質としては、リチウム化合物/(遷移金属化合物の
合計 ここで遷移金属とは、Ti、V、Cr、Mn、F
e、Co、Ni、Mo、Wから選ばれる少なくとも1
種)のモル比が0.3〜2.2になるように混合して合
成することが好ましい。本発明で用いられるとくに好ま
しいリチウム含有遷移金属酸化物正極活物質としては、
リチウム化合物/(遷移金属化合物の合計 ここで遷移
金属とは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選ば
れる少なくとも1種)のモル比が0.3〜2.2になる
ように混合して合成することが好ましい。本発明で用い
られるとくに好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極
活物質とは、Lix MOz (ここでM=Co、Mn、N
i、V、Feから選ばれる少なくとも1種を含む遷移金
属)、x=0.3〜1.2、z=1.4〜3)であるこ
とが好ましい。
【0040】本発明で用いられるさらに好ましいリチウ
ム含有金属酸化物正極活物質としては、Lix Co
2 、Lix NiO2 、Lix Coa Ni1-a 2 、L
z Co b 1-b z 、Lix Cob Fe1-b 2 、L
x Mn2 4 、Lix Mnc Co2-c 4 、Lix
c Ni2-c 4 、Lix Mnc 2-c z 、Lix
c Fe2-c 4 、Lix Mn2 4 とMnO2 の混合
物、Li2xMnO3 とMnO2 の混合物、Lix Mn2
4 、Li2xMnO3 とMnO2 の混合物(ここでx=
0.6〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜
0.98、c=1.6〜1.96、z=2.01〜5)
をあげられる。
【0041】本発明で用いられる最も好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、Lix CoO
2 、Lix NiO2 、Lix Coa Ni1-a 2 、Li
x Mn2 4 、Lix Cob 1-b z (ここでx=
0.7〜1.04、a=0.1〜0.9、b=0.9〜
0.98、z=2.02〜2.3)があげられる。ここ
で、上記のx値は、充放電開始前の値であり、充放電に
より増減する。本発明の正極活物質の合成に際し、遷移
金属酸化物に化学的にリチウムイオンを挿入する方法と
しては、リチウム金属、リチウム合金やブチルリチウム
と遷移金属酸化物と反応させることにより合成する方法
が好ましい。正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属
化合物を混合、焼成する方法や溶液反応により合成する
ことができるが、特に、焼成法が好ましい。本発明で用
いられる焼成温度は、本発明で用いられる混合された化
合物の一部が分解、溶融する温度であればよく、例えば
250〜2000℃が好ましく、特に350〜1500
℃が好ましい。本発明で用いられる焼成のガス雰囲気
は、特に限定しないが、正極活物質では空気中あるいは
酸素の割合が多いガス中(例えば、約30%以上)、負
極活物質では空気中あるいは酸素の割合が少ないガス
(例えば、約10%以下)あるいは不活性ガス(窒素ガ
ス、アルゴンガス)中が好ましい。
【0042】本発明で用いる正極活物質の平均粒子サイ
ズは特に限定されないが、0.1〜50μmが好まし
い。所定の粒子サイズにするには、良く知られた粉砕機
や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、振
動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回
気流型ジェットミルや篩などが用いられる。本発明で用
いる負極活物質は、その前駆体にリチウムを化学的に挿
入することにより得ることができる。例えば、リチウム
金属、リチウム合金やブチルリチウムなどと反応させる
方法や電気化学的にリチウムを挿入することが好まし
い。本発明では、前駆体である酸化物に電気化学的にリ
チウムを挿入することが特に好ましい。電気化学的にリ
チウムイオンを挿入する方法として、正極活物質として
目的の酸化物(本発明で言う負極活物質前駆体のこ
と)、負極活物質として、リチウム金属、リチウム塩を
含む非水電解質からなる酸化還元系(例えば開放系(電
解)または密閉系(電池))を放電することにより得る
ことができる。また、別の実施態様例として、正極活物
質としてリチウム含有遷移金属酸化物、負極活物質とし
て、負極活物質前駆体、リチウム塩を含む非水電解質か
らなる酸化還元系(例えば開放系(電解)または密閉系
(電池))を充電することにより得る方法が最も好まし
い。
【0043】リチウムの挿入量は、特に限定されない
が、例えばLi−Al(80ー20重量%)に対し、
0.05Vになるまで挿入することが好ましい。さら
に、0.1Vまで挿入することが好ましく、特に、0.
15Vまで挿入することが好ましい。このときの、リチ
ウム挿入の当量は3〜10当量になっており、この当量
に合わせて正極活物質との使用量比率を決める。この当
量に基づいた使用量比率に、0.5〜2倍の係数をかけ
て用いることが好ましい。リチウム供給源が正極活物質
以外では(例えば、リチウム金属や合金、ブチルリチウ
ムなど)、負極活物質のリチウム放出当量に合わせて正
極活物質の使用量を決める。このときも、この当量に基
づいた使用量比率に、0.5〜2倍の係数をかけて用い
ることが好ましい。
【0044】本発明の酸化物(前駆体)は、結晶構造を
持っているが、リチウムを挿入していくと結晶性が低下
して、非晶質性に変わっていく。従って、負極活物質と
して可逆的に酸化還元している構造は非晶質性が高い化
合物と推定される。従って、本発明の酸化物(前駆体)
は結晶構造でも、非晶質構造でもまたそれらの混合した
構造でもよい。本発明に併せて用いることができる負極
活物質としては、リチウム金属、リチウム合金(Al、
Al−Mn、Al−Mg、Al−Sn、Al−In、A
l−Cdなどやリチウムイオンまたはリチウム金属を吸
蔵・放出できる焼成炭素質化合物があげられる。上記リ
チウム金属やリチウム合金の併用目的は、リチウムを電
池内で挿入させるためのものであり、電池反応として、
リチウム金属などの溶解・析出反応を利用するものでは
ない。
【0045】電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラー
などを添加することができる。導電剤は、構成された電
池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であ
れば何でもよい。通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒
鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カ−ボンブラック、ア
セチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金
属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀など)粉、金属繊
維あるいはポリフェニレン誘導体などの導電性材料を1
種またはこれらの混合物として含ませることができる。
黒鉛とアセチレンブラックの併用がとくに好ましく、こ
れにニッケル粉を添加しても良い。ニッケル粉では鎖状
のニッケル粉が特に好ましい。その添加量は、特に限定
されないが、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30
重量%が好ましい。カーボンや黒鉛では、2〜20重量
%が特に好ましい。また、SnO2 にSbをドープさせ
たように、活物質の前駆体に電子導電性を持たせた場合
には、上記導電剤を減らすことができる。例えば、0〜
10重量%の添加が好ましい。
【0046】結着剤には、通常、でんぷん、ポリビニル
アルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセル
ロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、
テトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエ
ンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、ス
チレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、
ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴ
ム弾性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合
物として用いられる。また、多糖類のようにリチウムと
反応するような官能基を含む化合物を用いるときは、例
えば、イソシアネート基のような化合物を添加してその
官能基を失活させることが好ましい。その結着剤の添加
量は、特に限定されないが、1〜50重量%が好まし
く、特に2〜30重量%が好ましい。フィラーは、構成
された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料
であれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピ
レン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラ
ス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は
特に限定されないが、0〜30重量%が好ましい。
【0047】電解質としては、有機溶媒として、プロピ
レンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、ブチレンカ
ーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタ
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、
ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、
アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチ
ル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸
トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導
体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、
プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘
導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンな
どの非プロトン性有機溶媒の少なくとも1種以上を混合
した溶媒とその溶媒に溶けるリチウム塩、例えば、Li
ClO4 、LiBF6 、LiPF6 、LiCF3
3 、LiCF3 CO2 、LiAsF6 、LiSb
6 、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウ
ム、LiAlCl4 、LiCl、LiBr、LiI、ク
ロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウムなどの
1種以上の塩から構成されている。なかでも、プロピレ
ンカーボネートあるいはエチレンカボートと1,2−ジ
メトキシエタンおよび/あるいはジエチルカーボネート
の混合液にLiCF3 SO 3 、LiClO4 、LiBF
4 および/あるいはLiPF6 を含む電解質が好まし
い。
【0048】特に、少なくともエチレンカーボネートと
LiPF6 を含むことが好ましい。これら電解質を電池
内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や
負極活物質の量や電池のサイズによって必要量用いるこ
とができる。溶媒の体積比率は、特に限定されないが、
プロピレンカ−ボネ−トあるいはエチレンカボートある
いはブチレンカーボネート対1,2−ジメトキシエタン
および/あるいはジエチルカーボネートの混合液の場
合、0.4/0.6〜0.6/0.4(エチレンカーボ
ネートとブチレンカーボネートを両用するときの混合比
率は0.4/0.6〜0.6/0.4、また1,2−ジ
メトキシエタンとジエチルカーボネートを両用するとき
の混合比率は0.4/0.6〜0.6/0.4)が好ま
しい。支持電解質の濃度は、特に限定されないが、電解
液1リットル当たり0.2〜3モルが好ましい。
【0049】また、電解液の他に次の様な固体電解質も
用いることができる。固体電解質としては、無機固体電
解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質に
は、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく
知られている。なかでも、Li3 N、LiI、Li5
2 、Li3 N−LiI−LiOH、LiSiO4 、L
iSiO4 −LiI−LiOH、xLi3 PO4 −(1
−x)Li4 SiO4 、Li2 SiS3 、硫化リン化合
物などが有効である。有機固体電解質では、ポリエチレ
ンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマ−、ポリプ
ロピレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー、
イオン解離基を含むポリマー、イオン解離基を含むポリ
マ−と上記非プロトン性電解液の混合物、リン酸エステ
ルポリマーが有効である。さらに、ポリアクリロニトリ
ルを電解液に添加する方法もある。また、無機と有機固
体電解質を併用する方法も知られている。
【0050】セパレーターとしては、大きなイオン透過
度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜が用
いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプレピレンな
どのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維あるいは
ポリエチレンなどからつくられたシートや不織布が用い
られる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として用
いられる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10μ
mが用いられる。セパレターの厚みは、一般に電池用の
範囲で用いられる。例えば、5〜300μmが用いられ
る。
【0051】また、放電や充放電特性を改良する目的
で、以下で示す化合物を電解質に添加することが知られ
ている。例えば、ピリジン、トリエチルフォスファイ
ト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジ
アミン、n−グライム、ヘキサリン酸トリアミド、ニト
ロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N−置換
オキサゾリジノンとN,N’−置換イミダゾリジノン、
エチレングリコールジアルキルエーテル、四級アンモニ
ウム塩、ポリエチレングリコール、ピロール、2−メト
キシエタノール、AlCl3 、導電性ポリマー電極活物
質のモノマー、トリエチレンホスホルアミド、トリアル
キルホスフィン、モルフォリン、カルボニル基を持つア
リール化合物、ヘキサメチルホスホリックトリアミドと
4−アルキルモルフォリン、二環性の三級アミン、オイ
ル、四級ホスホニウム塩、三級スルホニウム塩などが挙
げられる。
【0052】また、電解液を不燃性にするために含ハロ
ゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを
電解液に含ませることができる。また、高温保存に適性
をもたせるために電解液に炭酸ガスを含ませることがで
きる。また、正極や負極の合剤には電解液あるいは電解
質を含ませることができる。例えば、前記イオン導電性
ポリマーやニトロメタン、電解液を含ませる方法が知ら
れている。また、正極活物質の表面を改質することがで
きる。例えば、金属酸化物の表面をエステル化剤により
処理したり、キレ−ト化剤で処理、導電性高分子、ポリ
エチレンオキサイドなどにより処理することが挙げられ
る。また、負極活物質の表面を改質することもできる。
例えば、イオン導電性ポリマ−やポリアセチレン層を設
ける、あるいはLiClなどにより処理することが挙げ
られる。
【0053】電極活物質の集電体としては、構成された
電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば
何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス
鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素などの
他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、
ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、負極に
は、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、
アルミニウム、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼
の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理
させたもの)、Al−Cd合金などが用いられる。これ
らの材料の表面を酸化することも用いられる。形状は、
フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされ
たもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体な
どが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜5
00μmのものが用いられる。
【0054】電極シートの乾燥又は脱水方法としては、
一般に採用されている方法を利用することができる。特
に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風
を単独あるいは組み合わせて用いることが好ましい。温
度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜2
50℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で200
0ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質
ではそれぞれ500ppm以下にすることがサイクル性
の点で好ましい。電極シートのプレス法は、一般に採用
されている方法を用いることができるが、特に金型プレ
ス法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は、特
に限定されないが、0.2〜3t/cm2 が好ましい。カ
レンダープレス法のプレス速度は、0.1〜50m/分
が好ましい。プレス温度は、室温〜200℃が好まし
い。
【0055】該合剤シートは、円形(楕円でもよい)状
に巻回し、缶とシートを電気的に接続し、電解液を注入
し、封口板を用いて電池缶を形成する。このとき、安全
弁を封口板として用いることができる。安全弁の他、従
来から知られている種々の安全素子を備えつけても良
い。例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメ
タル、PTC素子などが用いられる。また、安全弁のほ
かに電池缶の内圧上昇の対策として、電池缶に切込を入
れる方法、ガスケット亀裂方法あるいは封口板亀裂方法
を利用することができる。また、充電機に過充電や過放
電対策を組み込んだ回路を具備させても良い。缶やリー
ド板は、電気伝導性をもつ金属や合金を用いることがで
きる。例えば、鉄、ニッケル、チタン、クロム、モリブ
デン、銅、アルミニウムなどの金属あるいはそれらの合
金が用いられる。キャップ、缶、シート、リード板の溶
接法は、公知の方法(例、直流又は交流の電気溶接、レ
ーザー溶接、超音波溶接)を用いることができる。封口
用シール剤は、アスファルトなどの従来から知られてい
る化合物や混合物を用いることができる。
【0056】本発明の電池の充電条件は、定電流充電で
も、定電圧充電でも良く、また充電終了の検出手段とし
ては電圧でも、時間でもかまわないが、充電終止電圧が
3.9V以上、4.25V以下の電圧である。好ましく
は3.95V以上、4.2V以下の電圧である。また、
より好ましくは、該充電時の対向する電極面積あたりの
電流を0.1mA/cm2 以上、10mA/cm2 以下であ
り、さらに好ましくは0.5mA/cm2 以上、6mA/
cm2 以下の条件で充電を行うものである。本発明の充電
時の電圧制御における充電終止電圧の検出精度は、3%
以下であり、好ましくは2%以下である。この検出精度
を得るため、使用する部品の精度をあげ、標準電源と比
較したときの変動幅をこの範囲とする。
【0057】本発明の非水二次電池の用途には、特に限
定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラ
ーノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パソ
コン、ポケット(パームトップ)パソコン、ノート型ワ
ープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携
帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディ
ーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリ
ンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶
テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニ
ディスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、
トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリー
カード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電
源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用と
して、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、
ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時
計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補
聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍
需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電
池と組み合わせることもできる。
【0058】
【実施例】以下に具体例をげて詳しく説明するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。参考 例1 極活物質は、石油ピッチを用い、これに酸素架橋を1
0から20重量%導入した後、不活性ガス中にて100
0℃で焼成した。該活物質の真比重をビクノメーターに
て測定したところ、1.54g/cm3 であった。該活
物質をジェットミルにて平均粒子径20μmに粉砕し
た。これを負極活物質として90重量%、結着剤として
フッ化ビニリデン樹脂(PVDF)を10重量%混合
し、負極合剤を作製した。次に、この負極合剤をN−メ
チルピロリドンにて分散させた。上記負極合剤の分散物
を、厚さ10μmの帯状の銅箔の両面にエクストルージ
ョン法にて塗布し、乾燥後カレンダープレス機により圧
縮成型して帯状負極を作製した。成型後の合剤厚さは両
面共に80μm、幅は41mm、長さは300mmとし
た。
【0059】正極として、正極活物質に市販のLiCo
2 を87重量%、鱗片状黒鉛を6重量%、アセチレン
ブラックを3重量%、更に結着剤としてポリテトラフル
オロエチレン水分散物を3重量%とポリアクリル酸ナト
リウムを1重量%加え、水を媒体として混練して得られ
たスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に上
記負極と同様の方法にて塗布した後、圧縮成型して帯状
正極を作製した。但し、アルミニウム箔の各面の塗布厚
み(圧縮成型後の厚み)は巻回時の内側と外側を区別し
て表1に示した。成型後の合剤厚さは両面の合計が15
0μmとし、幅は41mm、長さは270mmとした。
上記の様に作製したリチウム電池の巻回時の状態を目視
にて、 ○ 問題なし △ 巻回時に塗布面の割れ、シワ等が顕著に観察された × 合剤の集電体からの剥がれが起きた。 の3段階で評価した。更に、各電池を10本ずつ準備
し、300mAの定電流で4.2Vまで充電し、700
mAの定電流で2.7Vまで放電する充放電サイクルを
繰り返した。10サイクル目の容量(以下、初期容量と
言う)と150サイクル目の容量の10本の各平均値を
計算した。結果を表1に示す。
【0060】
【表1】
【0061】表1から明らかな様に、集電体の内側の塗
布厚みが外側の塗布厚みより薄い場合に、巻回適性及
び、サイクル特性が優れていることがわかる。特に内側
の塗布厚みが、外側の塗布厚みの97%から60%の範
囲が好ましいことがわかる。
【0062】参考例2参考 例1で作製した負極及び正極の両面塗布厚みの合計
を表2に示す様に変更した以外は参考例1と同様に電極
を作製し、性能評価を行った。ただし、150サイクル
後の容量を、初期容量に対する比率(%)にて表す。結
果を表2に示す。
【0063】
【表2】
【0064】表2から明らかなように、負極及び正極の
両面塗布厚みの合計が330μm以上になると、本発明
外の構成においては、巻回性及びサイクル特性が悪化傾
向にあるが、本発明の構成に従えば、良好な巻回性及び
サイクル特性が得られることがわかる。ただし、負極及
び正極の両面塗布厚みの合計が600μm以上の場合
は、巻回時のヒビ割れが充分に防止できず、またサイク
ル特性も低下し始めることから、本発明に記載の範囲で
ある330μmから600μm以下の塗布厚みが好まし
いことがわかる。
【0065】実施例 負極活物質として、本発明の合成例1で示した化合物
(4−D)を用い、これを負極活物質として83重量
%、鱗片状黒鉛を9重量%、アセチレンブラックを3重
量%、結着剤としてフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)
を4重量%混合し、負極合剤を作製した。次に、この負
極合剤をカルボキシメチルセルロース1重量%と共に、
水を媒体として混練してスラリーを作製した。上記負極
合剤の分散物を、厚さ10μmの帯状の銅箔の両面にエ
クストルージョン法にて塗布し、乾燥後カレンダープレ
ス機により圧縮成型して帯状負極を作製した。成型後の
合剤膜の厚さは両面共に36μm、幅は41mm、長さ
は270mmとした。
【0066】 正極として、正極活物質に市販のLiC
oO2 を94重量%、アセチレンブラックを3重量%、
結着剤として2−エチルヘキシルアクリレート、アクリ
ロニトリル及びアクリル酸が8:1:0.5の共重合体
を2重量%混合し、負極同様カルボキシメチルセルロー
ス1重量%と共に、水を媒体として混練してスラリーを
作製した。上記スラリーを厚さ20μmのアルミニウム
箔の両面に上記負極と同様の方法にて塗布した後、圧縮
成型して帯状正極を作製した。但し、アルミニウム箔の
各面の塗布厚みは巻回時の内側と外側を区別して表3に
示す様にそれぞれ変更した。成型後の合剤厚さは両面の
合計が260μmとし、幅は41mm、長さは255m
mとした。その他は参考例1と同様に電池を作製し、
例1と同様に正極の巻回適性及び電池のサイクル特性
を評価した。結果を表3に示す。
【0067】
【表3】
【0068】表3からわかるように、負極に比べて正極
の厚みが厚い本実施例の様な態様では、正極の集電体に
対する内側の電極合剤の塗布厚みが外側のそれより薄い
ことの効果が顕著に現れることがわかる。また本実施例
においても、内側の塗布厚みが、外側の塗布厚みの97
%から60%の範囲においては特に良好な性能が得られ
ることがわかる。
【0069】 また、参考例1で作した負極を、成型
後の合剤厚さの両面の合計が170μmとなる様に作
し(A−1)、正極を本実施例と同じものを用いて、成
型後の合剤厚さの両面の合計が162μmとなる様に作
した。即ち正極と負極の合計厚みが本実施例と同様の
332μmとなる様に成型した。この正極及び負極を用
いて上記と同様のサイズの電池を作して、同様の評価
を行なった。その結果、初期容量が上記(4−D)負極
を用いた場合の約1/1.5となった。従って、サイク
ル適性を評価するために初期容量に対する150サイク
ル後の容量(%)として評価し直した。
【0070】 (電極厚み比) サイクル後容量比 実験No 内側/外側(%) 負極(4−D) 負極(A−1) 1 100 86.3 86.5 比較例 2 92.6 88.1 88.0 本発明 3 83.1 93.0 90.1 本発明 4 62.5 91.0 88.5 本発明 5 57.6 88.0 87.9 本発明 6 108 69.8 70.0 比較例
【0071】上記結果から、負極に(4−D)タイプを
用いた方が電極厚み比を変えた時の本発明の効果は、負
極(A−1)タイプを用いた時より顕著に現れることが
わかる。
【0072】実施例 一酸化錫13.5g、一酸化珪素6.0g、を乾式混合
し、アルミナ製ルツボに入れ、アルゴン雰囲気下10℃
/分で1000℃まで昇温した。1000℃で12時間
焼成した後、6℃/分で室温まで降温し、焼成炉より取
り出してSnSiO3 を得た。該化合物を粗粉砕し、更
にジェットミルで粉砕し、平均粒径5μmのSnSiO
3 を得た。これを負極活物質として83重量%、鱗片状
黒鉛を9重量%、アセチレンブラックを3重量%、結着
剤としてフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)を4重量%
混合し、負極合剤を作製した。次に、この負極合剤をカ
ルボキシメチルセルロース1重量%と共に、水を媒体と
して混練してスラリーを作製した。上記負極合剤の分散
物を、厚さ10μmの帯状の銅箔の両面にエクストルー
ジョン法にて塗布し、乾燥後カレンダープレス機により
圧縮成型して帯状負極を作製した。成型後の合剤膜の厚
さは両面共に36μm、幅は41mm、長さは270m
mとした。
【0073】 正極及びその他の条件は、実施例と同
様にして、実施例と同様の評価を行なった結果、本発
明の構成に従えば実施例と同様、良好な電池性能が得
られた。
【0074】実施例 実施例で作製した電池にて、充放電の条件を表4に示
す定電流で4.15Vまで充電し、同様に表4に示す定
電流で2.7Vまで放電する充放電サイクルを繰り返し
た。10サイクル目の容量(以下、初期容量と言う)と
200サイクル目の容量の10本の各平均値を計算し
た。ただし、200サイクル後の容量を、初期容量に対
する比率(%)にて表す。結果を表4に示す。
【0075】
【表4】
【0076】表4からわかる様に、本発明の効果は低電
流での充放電より、高電流での充放電、特に1A以上で
より顕著に現れることがわかる。
【0077】参考例3 参考 例1において、正極として作製した合剤のスラリー
を厚さ15μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、塗布
厚みの異なる2種の正極シートを、アルミニウム箔どう
しを重ねる様にして出来た一対の電極を正極として使用
した。この時のアルミニウム箔の各面の塗布厚みは巻回
時の内側と外側を区別して参考例1の表1に示すと同様
にそれぞれ変更した。ただし、正極の成型後の合剤厚さ
は各面の合計が150μmとし、幅は41mm、長さは
265mmとし、負極の成型後の合剤厚さは両面共に8
0μm、幅は41mm、長さは280mmとした。その
結果、参考例1と同様、アルミニウム集電体の内側の合
剤の巻回性及び、電池のサイクル特性は、本発明の構成
に従えば良好な性能が得られることがわかった。
【0078】参考例4 参考 例1で作製した負極を成後の厚さが両面共に80
μm、幅は55mm、長さが480mmとした。同様に
参考例1で作製した正極を成後の合剤の厚さは、両面
の合計が150μmとし、幅は53mm、長さが435
mmとした。この時の正極集電体アルミニウム箔の各面
の塗布厚みは、巻回時の内側と外側を区別して参考例1
の表1に示すと同様に変更した。更に、各電池を10本
ずつ準備し、1.3Aで4.15Vまで2時間充電し、
1.5Aの定電流で2.7Vまで放電する充放電サイク
ルを繰り返した。その結果、参考例1と同様、巻回性及
び電池のサイクル特性は、本発明の構成に従えば良好な
性能が得られることがわかった。
【0079】実施例 合成例−4で示したと同様の方法で、組成が、Sn1.0
Cs0.10.5 Al0.40.53.65となる様に混合、
焼成、粉砕をして負極活物質(8−A)を作製した。該
活物質の平均粒径が5μmとし、全合剤の83重量%
を、加えて鱗片状黒鉛を9重量%、アセチレンブラック
を3重量%、結着剤としてPVDFを4重量%混合し、
カルボキシメチルセルロース及び水で分散、スラリーを
作製して10μmの銅箔集電体上に塗布し負極を作製し
た。負極の合計厚みが80μm、幅が55mm、長さ5
00mmとなる様に成した。又、正極は実施例で示
す方法によって作製した。正極の合計厚みは260μ
とし、幅は53mm、長さ455mmとなる様に成
た。ただし、アルミニウム箔の各面の塗布厚みは巻回時
の内側と外側を区別して、表5に示す様に変更した。更
に充放電時の電流値を表5に示す様に変更した。
【0080】
【表5】
【0081】上記作製した電池にて、充電条件を1.5
Aで4.15Vまで定電流で充電後更に4.15V定電
圧で合計2時間充電し、放電条件として、表5に示す定
電流で、2.8Vまで放電する充放電サイクルを繰り返
した。10サイクル目の容量に対する200サイクル目
の容量を%にて算出した。更に、200サイクル後に電
池を分解して、電極の巻回群をほぐして、正極シートの
合剤の状態を観察し、下記の三段階評価を行った。 ○:異常なし △:合剤のヒビ割れ、セパレーターへの着色少々有 ×:合剤の一部がはがれ有、又、セパレーターへの転写
が一部有 その結果を表5に示す。正、負極の相対向する面積は2
41cm2 である。表5から明らかな様に正極の塗布厚み
が、内側と外側で差のない場合には200サイクル後の
容量の低下が大きく、特に1.8A〜5.0Aと比較的
大電流の場合に膜質が悪化しやすいことがわかる。一
方、本発明の構成に従えば、特に大電流放電時にも良好
な性能が、得られることがわかる。
【0082】
【発明の効果】本発明のように、集電体に活物質を含む
電極素材を塗布してなるシート状の電極と、リチウム塩
を含む非水電解質を有する非水二次電池において、該シ
ート状の電極を巻回する際に、塗布された電極素材が集
電体の外側と内側の両方に存在するように配置され、か
つ集電体の内側に塗布された電極素材の塗布厚みが集電
体の外側に塗布された電極素材の塗布厚みより薄いこと
を特徴とする非水電解液二次電池とすることにより、優
れたサイクル特性や、またシート電極の巻回適性の優れ
た電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に使用した円筒型電池の断面図を示した
ものである。
【符号の説明】
8 正極シート 9 負極シート 10 セパレーター 11 電池缶 12 電池蓋 13 ガスケット 14 安全弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/00 - 4/04 H01M 4/36 - 4/62 H01M 10/40

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集電体に活物質を含む電極合剤を塗布し
    てなるシート状の正極及び負極、及びリチウム塩を含む
    非水電解質を有する非水二次電池において、該シート状
    の電極を巻回する際に、塗布された電極合剤が集電体の
    外側と内側の両方に存在するように配置され、かつ少な
    くとも正極の集電体の内側に塗布された電極合剤の塗布
    厚みが集電体の外側に塗布された電極合剤の塗布厚みよ
    り薄く、負極活物質の少なくとも1種が、下記一般式
    (2)で表わされる非晶質カルコゲン化合物又は非晶質
    酸化物であることを特徴とする非水二次電池。SnM 3 p 5 q 一般式(2) 式中、M 3 はSi、Ge、Pb、P、B、Al、As、
    Sbから選ばれる少なくとも一種であり、M 5 はO、S
    から選ばれる少なくとも一種であり、pは0を越え10
    以下であり、qは1.0以上50以下である
  2. 【請求項2】 上記正極及び/又は負極の集電体の内側
    の電極合剤の塗布厚みが、集電体の外側の電極合剤の塗
    布厚みの60%以上97%以下であることを特徴とする
    請求項1に記載の非水二次電池。
  3. 【請求項3】 集電体有するシート状の正極及び負極を
    巻回してなる電極において、集電体を除く正極の内側と
    外側の電極合剤と、負極の内側と外側の電極合剤の合計
    厚みが、330μm以上600μm以下であることを特
    徴とする請求項1又は請求項2に記載の非水二次電池。
  4. 【請求項4】 該非水電解質を有する非水二次電池を充
    放電する際の電流値が500mA以上、6A以下である
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の非水二
    次電池。
  5. 【請求項5】 該非水電解質を有する非水二次電池を充
    電又は放電する際の電流値が正極及び負極の相対向する
    部分の面積1cm2 当り5.5mA以上20mA以下で
    あることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の非
    水二次電池。
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