JPH0389462A - リチウム電池 - Google Patents

リチウム電池

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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、リチウム電池に関する。
（従来の技術） 近年の急速な電子技術の進展にともない、電子機器の小
型・軽量化は顕著であり、これらの電源となる電池への
期待も大きい。すなわち、小型・軽量化という高エネル
ギー密度化とより優れた貯蔵性とを備えた電池への期待
は大きい。
これらの期待に応える最も有望な電池系として、リチウ
ムを負極としたリチウム電池の開発が活発に行なわれて
いる。
この電池では、正極物質の探索が重大な課題となってお
り、その中でもフッ素と炭素の層間化合物であるフッ化
黒鉛を正極としたリチウム電池は、当初の目標を達成し
た、すぐれた特性をもち、すでに商品化されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、さらに高度のエネルギー密度、放電性能
、貯蔵性能を有するリチウム電池の開発が次の目標とさ
れ、活発な研究がなされている。
本発明者らは、種々の黒鉛層間化合物の台底を行ない、
リチウム電池の正極としての適性を検討した結果、本発
明に到達した。
（課題を解決するための手段） すなわち、本発明の要旨は、リチウムを負極とし、ＣＸ
ＶＦ＆　（ｘ＝８．０〜８０）で示されるフッ化バナジ
ウム−１黒鉛層間化合物を正極として構成されるリチウ
ム電池にある。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明において、リチウム電池は、外部に負荷を接続し
たときに電子を放出する負極、電子を受ける正極、イオ
ン導電性の電解液または固体電解質、正極と負極の電子
的短絡を防止するセパレータから構成される。
本発明に係る電池においては、負極としてＣＸＶ　Ｆ　
ｂ　（ｘ　＝　８．０〜８０）で示されるフン化バナジ
ウム−黒鉛層間化合物が用いられる。゛このようなフン
化バナジウム−黒鉛層間化合物は炭素材に五フッ化バナ
ジウム（ＶＦｓ）を反応させて得られる。
炭素材としては、特に制限されず、天然黒鉛、石油コー
クス、ピッチコークス、熱処理により黒鉛化した石油コ
ークスもしくはピッチコークス、熱分解黒鉛、炭素繊維
等から選択することができる。
五フッ化バナジウムは、金属バナジウム粉末をフッ素ガ
スでフッ素化することによって得られるが、フッ素化し
たものを、そのまま反応に用いることができる。
たとえば、天然黒鉛粉末を別々のＮｉ製皿に入れ、これ
らを反応管内に設置し、真空排気しながら反応温度（１
８０〜２４０°Ｃ）まで昇温し、フッ素ガスを０．１〜
ｌａｔｍで導入し、系内を所定圧に保つ。
また、反応温度を１４０〜１６０　’Ｃとした場合は、
２００°Ｃで数時間バナジウムをフッ素化した後降温す
る。
このようにして得られるフン化バナジウム−黒鉛層間化
合物の組成はＣ，ＶＦ６で表わされ、Ｘは８、０〜８０
であり、好適には、８．０〜２０である。
本発明における上記黒鉛層間化合物において、フン化バ
ナジウムが炭素平面−層ごとに入ったステージ１型、二
層ごとに入ったステージ２型、さらに高次のステージ型
、のいずれも使用することができ、高電位、高放電性を
目的とするか、あるいは容量を大きくすることを目的と
するかにより任意に選択することができ、それらを適宜
併用することもできる。
さらに、他の（ＣＦ）、、、（Ｃ，Ｆ）、等のフン化黒
鉛、二酸化マンガン等を混合使用することもできる。
フン化バナジウム−黒鉛層間化合物を正極として用いる
際には、電気絶縁性のフン化黒鉛と異なり、金属に近い
高導電性を有するので、導電材は不要である。
一方、負極としては、リチウムが用いられるが、リチウ
ム単体もしくはリチウム合金のいずれでもよい。
次に、電解液としては、負極のリチウムが水分と反応す
るため、非水系有機溶媒にイオン導電性をもたせるため
にアルカリ金属塩などの溶質を溶かした有機電解液が用
いられる。有機溶媒としては、リチウムと反応しない非
プロトン性のものが用いられ、さらに広い温度で作動さ
せ、かつ高いイオン導電性をもたせるために、たとえば
プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、ジメトキシ
エタン、テトラヒドロフラン等の単独または混合物が好
適である。
また、これらの有機溶媒に溶解させる溶質としては、溶
解度等の点から、過塩素酸リチウム（Ｌｉｃｎｏ４）、
はうフッ化リチウム（ＬｉＢＦ、）、等が好適である。
電解液の代りにポリエチレンオキサイドのような固体電
解質を使用することもできる。
セパレータは、電池の内部抵抗を小さくするために多孔
体が好適であり、ポリプロピレン等の不織布、ガラスフ
ィルターなどの耐有機溶媒性材料のものが用いられる。
これらの負極、正極、電解液及びセパレータは、たとえ
ばステンレススチールまたはこれにニッケルメッキした
電池ケースに組み込むのが一般的である。
電池構造としては、帯状の正極、負極をセパレータを介
してうす巻き状にしたスパイラル構造またはボタン型ケ
ースにペレット状の正極、円盤状の負極をセパレータを
介して挿入する方法などが採用される。
本発明に係る電池は、−次電池としてのみならず、充放
電も可能で二次電池としても用いることができる。
この場合も電池構成は同じであるが、電解質としては過
塩素酸リチウム（ＬｉＣｆ○４）、はうフッ化リチウム
（ＬｉＢＦｎ）のほか、種々のリチウム塩が使用可能で
ある。
（実施例） 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１ 負極としてＬｉ金属（リチウムフォイル、１６φｍｍＸ
　０．３　ｍｍ）　、正極にＣＸＶＦ、（ｘ　：　１３
、粉末試料をペレットにしたもの、１６φｗｎ　Ｘ　０
．５ｍｍ）を用い、プロピレンカーボネートのＩＭＬｉ
Ｃｌ○４溶液０．０１ｍｆ！を電解液として、ポリプロ
ピレンのセパレータを用いてボタン型Ｌｉ電池を構成し
た。その正極放電特性を図１に示す（ａ＝１００μＡ、
ｂ＝１０μＡ）。
図１によれば、高い電位（ｉ＝１０μＡで３．０２Ｖ、
１＝１００μＡで２．９６Ｖ）を示し、電流値を１０倍
にしても電位がほとんど変らず、容量の低下も小さい。
ＶＦ、−のＦ６ケに対しＬｉ’が５〜６ケ配位し、フッ
素がほとんど電池化学反応に利用される。
図２は、充放電特性（走査速度：　１　ｍ　Ｖ　７ｍ１
ｎ）を示す。
これによれば、ＣＸＶＦ、へのＬｉ゛の挿入、脱離が可
逆的に行なわれることが示される。
さらに表１に従来実用化されている２種のＬｉ電池との
性能比較を示す。
すなわち、本発明のＬｉ電池（実施例１）は、放電電位
が高い。容量及びエネルギー密度は、Ｌｉ／ＭｎＯ，電
池よりよいが、Ｌｉ／（ＣＦ）。
電池より低く、２種のＬｉ電池の中間的性能を有する。
（発明の効果） 本発明のリチウム電池は、高い電位を示し、電流値の増
加によって過電圧が少ししか増加せず、良好な放電特性
とともに、充放電も可能であり、安定で取扱いが容易で
あり貯蔵安定性も良好である。
【図面の簡単な説明】
図１及び図２は、それぞれ本発明のＬｉ電池の正極放電
特性及び充放電特性の一例を示す。 出　　願　　人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）リチウムを負極とし、Ｃ＿ｘＶＦ＿６（ｘ＝８．
    ０〜８０）で示されるフッ化バナジウム−黒鉛層間化合
    物を正極として構成されるリチウム電池。
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