JP5747791B2 - 電極活物質及びリチウム二次電池 - Google Patents
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Description
リチウム二次電池は、正極と負極と電解質の3要素からなっており、放電時は電解質から正極を構成する正極活物質へカチオンが移動し、負極を構成する負極活物質から電解質へカチオンが移動する。逆に、充電時は正極を構成する正極活物質中から電解質へカチオンが放出され、電解質から負極を構成する負極活物質へ移動する。
一般的なリチウム二次電池では、正極活物質にコバルト酸リチウム(LiCoO2)が用いられている。また、オリゴリン酸塩をベースとした電極活物質(例えばLi2FeP2O7)を用いることも提案されている。
そこで、電気容量を大きくし、性能を向上させたリチウム二次電池を実現したい。
本リチウム二次電池は、化学式LixMMo2O7(ここで、xは1.5以上2.5以下であり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuからなる群から選ばれるいずれか一種の材料である)で表される電極活物質を含む正極又は負極と、電解質とを備えることを要件とする。
本実施形態にかかるリチウム二次電池は、図1に示すように、正極活物質を含む正極3と、電解質を含むセパレータ4と、負極(負極活物質)5とを含む。なお、図1中、符号1は電池ケースとしての正極缶、符号2は正極側集電体、符号6はガスケット、符号7は電池ケースとしての負極缶を示している。
ここでは、正極3は、正極活物質と、導電助剤と、結着材とを含む。
ここで、正極活物質には、モリブデン酸塩をベースとした正極活物質を用いる。つまり、正極活物質は、化学式LixMMo2O7(ここで、xは1.5以上2.5以下であり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuからなる群から選ばれるいずれか一種の材料である)で表される材料(化合物)を用いる。
このような正極活物質を用いているため、従来の正極活物質を用いる場合と比較して、電気容量、イオン伝導性、電気伝導性、サイクル容量、可逆性の向上及びコスト低減のうち1以上の効果がある。
また、安全で、かつ、高エネルギ密度の正極活物質を実現することができる。つまり、正極活物質として一般的に用いられているコバルト酸リチウムは、層状岩塩構造と呼ばれるシート状の結晶構造を有し、充放電の繰り返しによるリチウムイオンの挿入脱離によって結晶構造が崩れ易く、内部短絡等が起きるおそれがある。これに対し、上述の正極活物質を用いれば、このようなおそれがなく、また、リチウムを多く含むため、安全で、かつ、高エネルギ密度の正極活物質を実現することができる。
結着材には、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド、PTFE、SBRなどの合成ゴム系バインダなどを用いれば良い。
ここで、溶媒には、例えば、ポリカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ビス(2−メトキシフェニル)カーボネート、ジメチルスルフォキシド、ジメチルカーボネート、ジベンジルカーボネート、ジフェニルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジアリルカーボネート、ジ(o−メトキシフェニル)カーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、アリルメチルカーボネート、ジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、イオン液体などを用いれば良い。
また、正極側集電体2には、例えば、銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、カーボン等を用いれば良く、その形状は、例えば、箔状、板状、メッシュ、パンチングメタル等とすれば良い。なお、負極側集電体を設けても良く、この場合も同様の材料、形状とすれば良い。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、化学式LixMMo2O7(ここで、xは1.5以上2.5以下であり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuからなる群から選ばれるいずれか一種の材料である)で表される材料を、正極活物質に用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。
[実施例1]
[正極活物質の製造方法]
実施例1では、正極活物質としてのLi2FeMo2O7を、以下のようにして製造した。
次に、ペレットを粉砕した後、再度、ペレットを作製し、アルゴン雰囲気下で、約600℃、約12時間、再加熱した後、自然放冷し、室温に戻して、目的物としての正極活物質を得た。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
溶解後、超純水(18.3MΩ・cm)にて25mLに定容した。
定容後の溶液を誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES SPS1700HVR、セイコーインスツル株式会社製)によって、LiとMとMoの元素比を測定した。
[実施例2]
[正極活物質の製造方法]
実施例2では、正極活物質としてのLi1.5FeMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[実施例3]
[正極活物質の製造方法]
実施例3では、正極活物質としてのLi2.5FeMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[実施例4]
[正極活物質の製造方法]
実施例4では、正極活物質としてのLi2VMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[実施例5]
[正極活物質の製造方法]
実施例5では、正極活物質としてのLi2CrMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[実施例6]
[正極活物質の製造方法]
実施例6では、正極活物質としてのLi2MnMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[実施例7]
[正極活物質の製造方法]
実施例7では、正極活物質としてのLi2CoMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[実施例8]
[正極活物質の製造方法]
実施例8では、正極活物質としてのLi2NiMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[実施例9]
[正極活物質の製造方法]
実施例9では、正極活物質としてのLi2CuMo2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[比較例1]
[正極活物質の製造方法]
比較例1では、正極活物質としてのLi2FeP2O7を、以下のようにして製造した。
[正極活物質の評価]
上述のようにして得られた正極活物質の元素組成の確認を行なうために、上述の実施例1と同様に、誘導結合プラズマ発光分光分析を行なった。
この結果、図3に示すように、所望の元素比率であることが確認できた。
[比較例2]
比較例2では、正極活物質として、コバルト酸リチウム(化学式LiCoO2、高純度化学)を用いた。
[リチウム二次電池の作製方法]
上述の実施例1〜9、比較例1、2の正極活物質を用いて、以下のようにして、リチウム二次電池を作製した。
セパレータ4には、直径約18mm、厚さ約0.03mmのポリプロピレンセパレータを用い、電解液には、ヘキサフルオロリン酸リチウム(キシダ化学社)をプロピレンカーボネートに溶解させたもの(例えば濃度約1mol/L)を用い、この電解液をセパレータに浸み込ませた。
そして、図1に示すように、直径約20mmのステンレス製のコイン型電池ケースとしての正極缶1及び負極缶7に、上述のようにして各アルミ箔2上に作製した各正極3、電解質を含む電解液を浸み込ませたセパレータ4、負極5の順に設置し、ポリプロピレンをガスケット6として用いてかしめて、上述の実施例1〜9、比較例1、2の各正極活物質を含む各正極3を備えるコイン型リチウム二次電池(コインセル)をそれぞれ作製した。
[リチウム二次電池の評価]
上述のようにして作製された各コインセルに対して、約5mAhの定電流放電を行なって、電池特性を評価した。放電試験には、東洋システム社製のTOSCATを用いた。
2 アルミ箔(正極側集電体)
3 正極活物質を含む正極
4 セパレータ(電解液含浸;電解質を含む)
5 負極(負極活物質)
6 ガスケット(電池ケース)
7 負極缶(電池ケース)
Claims (2)
- 化学式LixMMo2O7(ここで、xは1.5以上2.5以下であり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuからなる群から選ばれるいずれか一種の材料である)で表されることを特徴とする電極活物質。
- 化学式LixMMo2O7(ここで、xは1.5以上2.5以下であり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuからなる群から選ばれるいずれか一種の材料である)で表される電極活物質を含む正極又は負極と、
電解質とを備えることを特徴とするリチウム二次電池。
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JP2011252777A JP5747791B2 (ja) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | 電極活物質及びリチウム二次電池 |
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