JPH02309558A - リチウム２次電池用負極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、リチウム２次電池用負極に関するものであ
り、特に、形状の安定性に対して改良されたリチウム２
次電池用負極に関するものである。

［従来の技術］ リチウムを負極活物質として用いる２次電池は高パワー
、高エネルギ密度を有するものとして期待されている。

このリチウム２次電池では、放電時にリチウムが負極か
らイオンとなって溶出し、充電時にリチウムが負極に析
出する。ところで、この充電の際、リチウムは負極上に
粒状または樹脂状に析出する傾向があり、充放電を繰返
すと、負極の脱落が生じたり、あるいは樹脂状析出物が
正極に達して内部短絡を引き起こすという問題点があっ
た。これを防ぐ方法として、リチウム−アルミニウム合
金を負極に用いるという技術（たとえば特開昭５９−１
３００７４号公報）、リチウム板とアルミニウム板を圧
着した合金板やアルミニウム板を陰極還元して得たリチ
ウム−アルミニウム合金板を負極に用い、サイクル特性
を改善する技術が提案されている（たとえば特開昭６３
−２２４１５０号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらの負極は保持体としてアルミニウ
ム板を使用しているために、充放電サイクル数の増大に
伴なって、アルミニウム板が微粉化し、負極の脱落を生
じ、サイクル寿命の低下を招くという問題点があった。

それゆえに、この発明の目的は、形状の安定性において
優れるリチウム２次電池用負極を提供することにある。

この発明の他の目的は、形状の安定性において優れると
ともに、そのスケールを大きくすることのできるリチウ
ム２次電池用負極を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明に従うリチウム２
次電池用負極は、貫通孔を有する金属基材と、上記貫通
孔内部に充填された金属リチウムまたはリチウム合金と
、を備える。

前記金属基月は貫通孔を有するものならばいずれも使用
し得るが、特に、多孔質金属、金属メツシュ、エキスパ
ンデッドメタルまたはパンチングメタルは好ましく用い
られる。

本発明で用い得る多孔質金属は、ニッケル、ニッケルー
クロム、ニッケルー鉄−クロム、銅、アルミニウム等で
形成されるのが好ましい。そして、その孔径は２．３ｍ
ｍ以下であることが望ましい。

なお、ここに規定する孔径とは、多孔質金属の成る断面
の単位長あたりの孔数を顕微鏡等を用いて計測し、該単
位長を孔数で割ったものと定義される。孔径が２．３ｍ
ｍより大きくなると、体積、重量共に増大するために、
電池としてのエネルギ密度が低下し、好ましくない。

リチウムあるいはリチウム合金を、上記多孔質金属の内
部に充填する方法は、プレスやロール等により圧力をか
けて行なわれる。特に、多孔質金属の両側または片側に
、リチウム箔あるいはリチウム合金箔を保持させ、プレ
スあるいはロールにより、該リチウム箔あるいはリチウ
ム合金箔を多孔質金属に向けて押圧し、多孔質金属の内
部に圧入する方法が好ましい。

本発明で用い得る金属メツシュは、ステンレス、銅、チ
タン、ニッケル、亜鉛、黄銅、白金、金、銀等で形成さ
れるのが好ましい。線径は、特に限定されないが、２０
μｍ〜１ｍｍのものが望ましい。２０μｎ１よりも細い
場合、ロール法やプレス法で金属リチウムまたはリチウ
ム合金を圧入する際、その圧力に耐えられないことがあ
る。また、］、ｍｍよりも太いと、体積、重量共に増大
するために、電池としてのエネルギ密度が低下するとい
う不都合を招く。

金属メツシュ内にリチウムあるいはリチウム合金を圧入
する方法としては、プレスやロールによって圧力をかけ
るという方法が好ましい。特に、金属メツシュの両側あ
るいは片側に、リチウム箔あるいはリチウム合金箔を保
持し、プレスあるいはロールにより、該リチウム箔ある
いはリチウム合金箔を金属メツシュに向けて押圧し、金
属メツシュ内部に圧入する方法が好ましい。

本発明で用い得るエキスンデッドメタルまたはパンチン
グメタルは、ステンレス、銅、チタン、ニッケル、亜鉛
、黄銅、白金、金、銀およびこれらの合金で形成される
のが好ましい。エキスパンデッドメタルまたはパンチン
グメタルの内部に金属リチウムあるいはリチウム合金を
充填する方法は、プレスやロールにより圧力をかける方
法が好ましい。特に、エキスパンデッドメタルまたはパ
ンチングメタルの両側あるいは片側に、リチウム箔ある
いはリチウム合金箔を保持し、プレスあるいはロールに
より、該リチウム箔あるいはリチウム合金箔をエキスパ
ンデッドメタルまたはパンチングメタルに向けて押圧し
、エキスパンデッドメタルまたはパンチングメタルの内
部に圧入する方法が望ましい。

［作用］ 本発明にかかるリチウム２次電池用負極によれば、貫通
孔を有する金属基材の内部に金属リチウムまたはリチウ
ム合金を充填した構造であるので、金属基材の網目構造
が補強の役割を果たし、負極の形状を安定に保つ。した
がって、充放電サイクル数が増大しても、負極の形状は
損われず、負極の長寿命化を図ることができる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

実施例１ 第１図は、Ｎｉ−Ｃｒ発泡金属（厚み３ｍｍ。

孔径０　、７〜１．　、　Ｏｍ　ｍ　、気孔率９０％）
の平面図である。第５Ａ図〜第５Ｂ図は、このＮｉ−Ｃ
ｒ発泡金属の内部にリチウム−アルミニウム合金を充填
する工程を示したものである。第５Ａ図（第１図におけ
るＶＡ−ＶＡ線に沿う断面図）を参照して、Ｎｉ−Ｃｒ
発泡金属１を準備する。Ｎｉ−Ｃｒ発泡金属１は、多数
の貫通孔２を有している。

次に、第５Ｂ図を参照して、Ｎｉ−Ｃｒ発泡金属１の片
側に、リチウム−アルミニウム合金箔（アルミニウム重
量比１５．４％、厚み０，６ｍｍ）３を保持させる。次
に、プレスあるいはロールによって、リチウム合金箔３
に圧力をかける。

これによって、第５Ｃ図を参照して、リチウム合金３が
Ｎｉ−Ｃｒ発泡金属の貫通孔２の内部に圧入され、リチ
ウム２次電池用負極４が得られる。

このようにして作製されたリチウム２次電池用負極（ス
ケール１．５ｃｍＸ２．５ｃｍ）４を、正極６とともに
、第６図に示すように、電解液（ホウフッ化リチウムを
プロピレンカーボネートに溶解したもの）５中に浸漬し
、２次電池を構成した。

なお、正極６には、１２０メツシユステンレス（スケー
ル１．５ｃｍＸ２．５ｃｍ）上にポリアニリン膜７を電
解重合により形成したものを用いた。サイクル特性を評
価したところ、充放電電流密度１ｍＡ／ｃｍ２、充放電
時間３０分の条件で、７５６サイクルまで、エネルギ効
率８０％以上を維持することが認められた。

比較例１ 第７図に示すように、リチウム−アルミニウム合金箔（
アルミニウム重量比１５，４％、厚み０゜６ｍｍ）３を
、ステンレス板（１，５ｃｍｘ２゜５ｃｍ）８に圧着し
たものを準備した。これを負極とし、その他の条件は、
実施例１と同じとし、２次電池を構成し、サイクル特性
を評価した。その結果、４７４サイクルまで、エネルギ
効率８０％以上を維持した。

実施例２ 第５Ａ図〜第５Ｃ図に示す方法と同じ方法で、第２図に
示す４０メツシユステンレスの内部にリチウム箔（厚み
０．６ｍｍ）を圧入し、負極を得た。そして、この負極
を用いて、実施例１で説明した第６図に示す２次電池を
作製し、サイクル特性を評価した。その結果、充放電電
流密度１ｍＡ／Ｃｍ２、充放電時間３０分の条件で、４
５４サイクルまで、エネルギ効率８０％以上を維持する
ことが認められた。

比較例２ 第７図に示すものと同じように、リチウム箔をステンレ
ス板に圧着したものを準備し、負極とした。その他の条
件は、実施例２と同じとし、−２次電池を構成し、サイ
クル特性を評価した。その結果、３９８サイクルまでエ
ネルギ効率８０％以上を維持した。

実施例３ 第５Ａ図〜第５Ｃ図に示す方法と同じ方法で、４０メツ
シユステンレスの内部にリチウム−アルミニウム合金箔
（アルミニウム重量比、１．５．４％、厚み０．６ｍｍ
）をロールで圧入し、負極を得た。

そして、この負極を用いて、実施例２と全く同様の条件
で２次電池を作製し、サイクル特性を評価した。その結
果、６９８サイクルまで、エネルギ効率８０％以上を維
持することが認められた。

実施例４ 第５Ａ図〜第５Ｃ図と方法と同じ方法で、第３図に示す
ステンレス製エキスパンデッドメタル（格子径線１．８
ｍｍｘ横２．５ｍｍ、厚み０゜３ｍｍ）の内部に、リチ
ウム箔（厚み０．６ｍｍ）をロールで圧入し、負極を得
た。そして、この負極を用いて、実施例１で説明した第
６図に示す２次電池を作製し、サイクル特性を評価した
。その結果、充放電電流密度１ｍＡ／Ｃｍ２、充放電時
間３０分の条件で、４３１サイクルまで、エネルギ効率
８０％以上を維持することが認められた。

実施例５ 第５Ａ図〜第５Ｃ図に示す方法と同じ方法で、ステンレ
ス製エキスパンデッドメタル（格子径縮１．８ｍｍＸ横
２．５ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）の内部にリチウム−アル
ミニウム合金箔（アルミニウム重量比１５．４％、厚み
０．６ｍｍ）をロールで圧入し、リチウム負極を得た。

そして、この負極を用いて、実施例４と同じ条件で２次
電池を作製し、サイクル特性を評価した。その結果、５
１７サイクルまでエネルギ効率８０％以上を維持するこ
とが認められた。

なお、正極ポリアニリンは十分長寿命であるから、実施
例１〜５．比較例１〜５の結果は負極の寿命をそのまま
反映している。

なお、実施例４および実施例５では、ステンレス製エキ
スパンデッドメタルを例示したが、第４図に示すステン
レス製のパンチングメタルを使用しても同様の傾向が認
められた。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明にかかるリチウム２次電
池用負極によれば、金属基材の貫通孔の内部に金属リチ
ウムあるいはリチウム合金を充填した構造であるので、
金属基材の網目構造が補強の役割を果たし、負極の形状
を安定に保つ。したがって、充放電サイクル数が増大し
ても、負極の長寿命化を図ることができる。その結果、
サイクル特性の優れたリチウム２次電池を与えるという
効果を奏する。

また、本発明にかかるリチウム２次電池用負極の製造方
法によれば、金属基材の貫通孔の内部に金属リチウムま
たはリチウム合金を圧入するだけの工程であるから、容
易にスケールの大きい負極の作成ができる。こうして得
られたリチウム２次７１Ｓ池川負極は、電力貯蔵用、電
気自動車用等の比較的大容量が要求されるリチウム２次
電池のスケールの大きい負極として用いることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｎｔ−Ｃｒ発泡金属の平面図である。 第２図は、ステンレスメツシュの平面図である。 第３図はステンレス製エキスパンデッドメタルの平面図
である。第４図は、ステンレス製パンチングメタルの平
面図である。第５Ａ図〜第５Ｃ図は、Ｎｉ−Ｃｒ発泡金
属の内部にリチウム合金を充填させる工程を断面図で示
したものである。第６図は、リチウム負極を含む２次電
池の概略図である。 第７図は、リチウム箔が圧着されたステンレス板の断面
図である。 図において、１はＮｉ−Ｃｒ発泡金属、２は貫通孔、３
はリチウム−アルミニウム合金、４はリチウム負極であ
る。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 特許出願人　住友７ヒ気工業株式会社 第５Ａ図 第５Ｂ図 ｊ −へ 派　　　　　　　　　　派 ｒＨＡ　　　　　　　　　図 ｍ　　　　　　　　　　　　　ぐ 派　　　　　　　　派

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）貫通孔を有する金属基材と、 前記貫通孔内部に充填された金属リチウムまたはリチウ
   ム合金と、 を備えたリチウム２次電池用負極。
2. （２）貫通孔を有する前記金属基材は、多孔質金属、金
   属メッシュ、エキスパンデッドメタルまたはパンチング
   メタルである、特許請求の範囲第１項記載のリチウム２
   次電池用負極。
3. （３）前記金属基材の材質は、ステンレススチール、チ
   タン、チタンの合金、銅、銅の合金、白金、白金の合金
   、ニッケル、ニッケルの合金、金、金の合金、銀、銀の
   合金、アルミニウム、アルミニウムの合金、鉄、鉄の合
   金、クロム又はクロムの合金である、特許請求の範囲第
   ２項記載のリチウム２次電池用負極。
4. （４）貫通孔内部に充填されたリチウム合金がリチウム
   −アルミニウム合金である、特許請求の範囲第２項また
   は第３項記載のリチウム２次電池用負極。