JPH03254064A

JPH03254064A - 有機電解液電池

Info

Publication number: JPH03254064A
Application number: JP2053250A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Tsukamoto; 寿塚本
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1991-11-13

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】産業上の利用分野本発明は、有機電解液電池に関するものである。

従来の技術とその課題有機電解液電池の負極板には、通常、金属リチウムが用
いられている。この金属リチウムに代えて、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金をリチウムイオンのホストと
して負極板に用いることか検討されている。これらの極
板を用いた場合は、金属リチウムに比較して、電池のエ
ネルキー密度が低下するが、サイクル寿命性能や安全性
が向上する点て優れている。

また、アルミニウム、および、アルミニウム合金は、粉
末で用いることができるという特徴を有する。（金属リ
チウムは、粉末化すると非常に危険なので実用的でない
。）粉末極板は、板状極板よりも有効作用面積が大きい
ので、電池の高率放電性能が向上する。

従来は、アルミニウム、および、アルミニウム合金の粉
末を、不活性ガス中での機械的粉砕方法によって得てい
た。しかし、この方法では、電池の生産コス）・が高く
つくという課題があった。

課題を解決するための手段本発明は、ガスアトマイズ方法によって製造したアルミ
ニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を用いた負極板
を備えたことを特徴とする有機電解液電池を用いること
によって、上記課題を解決するものである。

作用ガスアトマイズ方法は、金属を溶融状態にして不活性カ
ス雰囲気中に噴霧して、急速に冷却して凝固させ、微小
粒子を得る方法である。

本方法を用いれは、機械的粉砕法よりもはるかに低コス
トて連続的に粉末の製造が可能である。

また、後に示すように、本方法による粉末極板を用いた
場合、機械的粉砕方法による粉末極板を用いた場合より
も、電池の高率放電性能が著しく向上するという新しい
作用が認められた。これは、アトマイス法では、溶融金
属が急速に冷却されるので結晶粒界が著しく成長して、
この粒界がリチウムイオンの固相内拡数の通路くパス）
として有効に作用することに起因しているものと考えら
れる。すなわち、結晶粒界が多く生成することにより、
アルミニウムまたはアルミニウム合金内のリチウムイオ
ンの同相拡散速度が向上して、電池の高率放電性能が向
上したものと考えられる。

上記のように、本発明の有機電解液電池は、製造コスト
が低下するという作用、および、高率放電性能が向上す
るという新しい作用がある。

実施例以下では、本発明を好適な実施例を用いて説明する。

［実施例のＩコアトマイス法によって製造した平均粒径５０ミクロンの
アルミニウム粉末を０．３５ｇ採集して３２５メツシユ
のステンレス金網に包み込んで、加圧成形して径が１０
ｍｍで、厚さが２．５ｍｍのポケット式アルミニウム粉
末負極板（ａ）を試作した。

リチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏ０２）に導電
材のアセチレンフラッフ（５ｗ　ｔ％）と結着材のＰＴ
ＦＥ（２ｗｔ％）とを添加混合した後、３２５メツシユ
のステンレス金網に０．８ｇ包み込んで、加圧成形して
用いて、径が１２ｍｒｎで厚さか２．４ｍｍのポケット
式リチウム・コバルト複合酸化物正極板（ｂ）を試作し
た。この正極板の理論容量は、リチウム・コバルト複合
酸化物１モル当り０．５モルのリチウムイオンが吸蔵放
出するとするとｌ　Ｑ　４１ＴＩＡ　ｈである。

これらの極板を用いて第一図のボタン型有機電解液電池
を試作した。この電池は、セパレーターとして、径か１
３ｍｍで厚さが０．２ｍｍののＰＰ不不在布ｃ）と、径
が１４ｍｍで厚さが０．　０２ｍｍのＰＥ微孔膜（ｄ）
を用いている。また、電解液には、ＩＭ−ＣＩＯ，／Ｐ
Ｃを用いている。

この電池は、正極にリチウムか吸蔵された状態で■み立
てられている。そして、第一回目の充電時に正極からリ
チウムイオンが放出されて、負極のアルミニウム粉末に
吸蔵される。この後の充放電サイクルでは、このリチウ
ムが正極と負極との間を行き来して電池反応を示すもの
である。

［実施例の２コガスアトマイズ方法によって製造した平均粒径５０ミク
ロンのリチウム・アルミニウム合金（リチウム濃度が３
ｗｔ％のもの）粉末を負極原料に用いた以外は、実施例
の１のボタン電池と同様の有機電解液電池を実施例の２
の電池とする。

アルミニウムは、リチウムの吸蔵にともなって、結晶格
子が著しく膨張する。このため、実施例の１の負極板は
、初期の充電の際ここアルミニウム粉末の表面に多数の
クラックが生しる。このことは、負極の作用面積をさら
に増加する効果を有するが、一方では、負極板の崩壊を
招き易くして電池寿命を短くする弊害がある。

リチウムの吸蔵反応にともなうアルミニウムの格子定数
の増加を詳しく検討した結果、リチウム濃度か５　ｗｔ
％に至るまでの初期の吸蔵段階において著しく格子が膨
張した後は、比較的変化が少ないことかわかった。そこ
で、本実施例では、アルミニウムにリチウムを冶金的に
３　ｗ　ｔ％混合したα−リチウム・アルミニウム合金
を７トマイズ法によって微粉化して負極板ｔこ用いてい
る。これによって、リチウム吸蔵時の結晶格子の膨張に
起因する負極板の崩壊を抑制して電池寿命の長期化を図
っている。

なお、リチウム濃度を３ｗｔ％以上にすると、いわゆる
α・β−リチウム・アルミニウム合金となり、空気中の
水分と容易に反応するので取り扱いが難しくなる。した
がって、α−リチウム・アルミニウム合金を用いること
が望ましい。また、アルミニウムをα合金化すると、リ
チウムイオンの固体内拡散速度が純アルミニウムｔこ比
較して向上するので、電池の高率充放電性能を向上でき
る点ても優れている。

［実施例の３］ガスアトマイズ方法によって製造した平均粒径５０ミク
ロンのアルミニウム・ボロン合金（ボロン濃度が５　ｗ
　ｔ％のもの）粉末を負極原料に用いた以外は、実施例
の１のボタン電池と同様の有機電解液電池を実施例の３
の電池とする。

リチウム・アルミニウム金属間化合物は、ボロンの添加
により延展性が向上する。この結果、充放電の繰り返し
による負極板の崩壊が抑制されて電池寿命の長期化が図
れる。

［実施例の４コガスアトマイズ方法によって製造した平均粒径５０ミク
ロンのアルミニウム・シリコン合金（シリコン濃度が５
ｗｔ％のもの）粉末を負極原料に用いた以外は、実施例
の１のボタン電池と同様の有機電解液電池を実施例の４
の電池とする。

アルミニウムにシリコンを添加すると、リチウムイオン
の固体内拡散速度が純アルミニウムに比較して向上する
ので、電池の高率充放電性能を向上できる点て優れてい
る。

［実施例の５および６］ガスアトマイズ方法によって製造した平均粒径５０ミク
ロンのアルミニウム・カリウム合金（カリウム濃度が５
ｗｔ％のもの）粉末、または、アルミニウム・ゲルマニ
ウム合金（ゲルマニウム濃度が５　ｗ　ｔ％のもの）粉
末を負極原料に用いた以外は、実施例の１のボタン電池
と同様の有機電解液電池をそれぞれ実施例の５およＵ６
の電池とする。

アルミニウムにカリウム、または、ゲルマニウムを添加
すると、アルミニウムの表面の不活性皮膜が不安定化さ
れる。この結果、リチウムイオンがアルミニウム合金に
吸蔵・放出されるときの過電圧が低減して、電池の高率
充放電性能が向上する点て優れている。

［実施例の７］ガスアトマイズ方法によって製造した平均粒径５０ミク
ロンのアルミニウム（８２ｖ、ｒ　ｔ％）・リチウム（
３ｗ　ｔ％）・ボロン（５ｗ　ｔ％）・シリコン（５ｗ
　ｔ％）・カリウム（５ｗ　ｔ％）合金粉末を負極原料
に用いた以外は、実施例の１のボタン電池と同様の有機
電解液電池を実施例の７の電池とする。

この負極原料を用いた場合には、リチウムの吸蔵・放出
にともなう極板の崩壊が少なく、また、リチウムイオン
の固体内拡散速度が純アルミニウムに比較して速く、さ
らに、リチウムイオンがアルミニウム合金に吸蔵・放出
されるときの過電圧が低いので、電池のサイクル寿命が
長くて、しかも優れた高率充放電性能を有する電池を得
ることができる。この電池は、後の実施例に示すように
本実施例中で最も優れた高率放電性能を示した。

この理由は明確でないが、種々の添加元素を用いたため
に結晶粒界が特に多く発生したことによるものと考えら
れる。

本発明の効果を検証するために、負極板に径が１０ｍｍ
で厚さ２．５ｍｍのアルミニウム板を用いた以外は、実
施例の１の電池と同様なボタン型電池を比較のための従
来の電池８として試作した。

また、負極板に機械的粉砕方法によるアルミニウム粉末
を用いた以外は、実施例の１の電池と同様なボタン型電
池を比較のための従来の電池９として試作した。

本発明の実施例の電池１〜７、および、比較のための電
池８，９を充電電流１ｍＡで端子電圧が４．３■まて充
電した後、種々の電流で放電した。

このときの放電容量の放電電流密度依存性能を第二図に
示す。図から、本発明の電池は、従来の電池に比較して
高率放電性能が優れていることがわかる。特に、本発明
の電池１と従来の電池９との比較から、アトマイズ法を
用いることによって電池の高率放電性能が向上している
ことがよくわかる。

本発明の実施例の電池１〜７、および、比較のための電
池８，９を充電電流１ｍＡで端子電圧が４．３Ｖまて充
電した後、同しく１ｍＡで端子電圧２．５ｖまて放電す
るサイクル充放電試験をおこなった。このときのサイク
ル寿命特性を第三図に示す。図から、本発明の電池は、
従来の電池８゜９に比較して、同等もしくはより優れた
サイクル寿命性能を有することかわかる。また、リチウ
ムやボロンをアルミニウムに添加した負極板を用いた本
発明の有機電解液電池２，３．７は、サイクル寿命が著
しく向上しているのがわかる。

効果上記のように、本発明の有機電解液電池は、従来の有機
電解液電池に比較して、安価であること、高率放電性能
に優れていること、および、サイクル寿命性能に優れて
いることなど優れた特徴を有している。

【図面の簡単な説明】

第一図は、本発明の実施例の１のボタン型有機電解液電
池の概略図を示す。図中の記号（ｅ）、（ｆ）。（ｇ）は、それぞれ、正極缶、負極毎、バッキングを示
す。また、第二図は、本発明の有機電解液電池と従来の
有機電解液電池との高率放電性能の比較を示す。さらに
、第三図は、本発明の有機電解液電池と従来の有機電解
液電池とのサイクル寿命性能の比較を示す。第二図中お
よび第三図中の記号は、それぞれ下記の内容を示す。（１）・・・・・・実施例１の有機電解ｉα電池の特性
（２）・・・・・・実施例２の有機電解液電池の特性（
３）・・・・・・実施例３の有機電解液電池の特性０）
・・・・−・実施例４の有機電解液電池の特性（５）・
・・・・・実施例５の有機電解液電池の特性（６）・・
・・・・実施例６の有機電解液電池の特性（７）・・・
・・・実施例７の有機電解液電池の特性（８）・・・・
・・比較のための有機電解液電池８の特性（９）・・・
・・・比較のための有機電解液電池９の特性第二図股を電流　（１Ａ）３１９−

Claims

【特許請求の範囲】

ガスアトマイズ方法によって製造したアルミニウム粉末
またはアルミニウム合金粉末を用いた負極板を備えたこ
とを特徴とする有機電解液電池。