JPH04206479A - 非水電解液二次電池の充電方法 - Google Patents

非水電解液二次電池の充電方法

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JPH04206479A
JPH04206479A JP2338061A JP33806190A JPH04206479A JP H04206479 A JPH04206479 A JP H04206479A JP 2338061 A JP2338061 A JP 2338061A JP 33806190 A JP33806190 A JP 33806190A JP H04206479 A JPH04206479 A JP H04206479A
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lithium
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Yukio Nishikawa
幸雄 西川
Teruyoshi Morita
守田 彰克
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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、リチウム二次電池の安全性および充放電サイ
クル特性の向上に関するものである。
従来の技術 近年、AV機器などエレクトロニクス機器のポータプル
化、コードレス化に伴い、その駆動用電源として、小形
、軽量であり、しかも高エネルギー密度のリチウム二次
電池への期待が大きい。
しかし、実用化するためには、まだいくつかの課題か残
されている。そのひとつとして、安全性の向上が挙げら
れる。
たとえば、金属リチウムを負極材料に用いた場合、放電
によりリチウムが負極から電解液中にイオンとして溶解
し、充電により再び負極上に析出する。その析出形態は
、電解液の組成および充電条件により異なるが、主に針
状となり、これが負極から離脱して、あるいはセパレー
タを貫通して、正極と接触し内部短絡および発火か発生
する原因となる。
そこで、負極材料としては、充電によりリチウムイオン
がインターカレートして層間化合物を生成し、放電によ
りリチウムイオンがデインターカレートする炭素質を用
いることが提案された。
一方、正極材料としては、L i CoO2あるいはL
iMn2O4を、これ単独あるいはコノ〈ルトおよびマ
ンガンの一部をコバルト、マンガン、鉄およびニッケル
よりなる群から選んだ少なくとも一つと置換したあらか
じめリチウムを含有した遷移金属複合酸化物を用いるこ
とか提案きれた。
発明か解決しようとする課題 以上のように、正極材料にリチウムを含有した遷移金属
複合酸化物を、負極材料に炭素質を用いた場合、小形、
軽量であり、しかも高電圧、高エネルギー密度のリチウ
ム二次電池か提供できる。
この場合、充電時には、正極から放出されたリチウムイ
オンが負極にインターカレートされ層間化合物を生成す
る。しかし、急速充電時には、リチウムイオンか完全に
はインターカレートされず、一部員極上に針状リチウム
として析出する現象か見られた。したかって、これか負
極から離脱して集電不能となりサイクルに伴う容量低下
の原因となると同時に、セパレータを貫通して正極と接
触し内部短絡および発火が発生する原因となる−0 本発明は、このような課題を解決するもので、安全性お
よび充放電サイクル特性に優れたリチウム二次電池を提
供することを目的とするものである。
これらの課題を解決するために本発明は、正極材料にリ
チウムを含有した遷移金属複合酸化物を、負極材料に電
気化学的にリチウムをインターカレーション/デインタ
ーカレーションしうる炭素質を用いた非水電解液二次電
池を充電する際、充電電流を正負極が対向する部分の電
流密度として3 m A / ad以下に規制して、充
電方法を上記電流密度以下に規制した定電流充電、ある
いは最大電流を上記電流密度以下に抑制した定電圧充電
とするものである。
道り」 本発明により、急速充電時に一部負極上に針状リチウム
として析出する現象が見られず、サイクルに伴う容量低
下、あるいは内部短絡および発火の発生という課題を解
決することとなる。
実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照し説明する。
始めに、円筒形リチウム二次電池の構成断面図を第1図
に示す。
正極板1は、L i 2 CO3およびC0CO3を混
合して空気中900℃で焼成したLiCoO2を活物質
とし、導電剤、増粘剤および結着剤を混練し、ペースト
状とした合剤を、アルミニウム箔を芯材とし、その両面
に塗着、乾燥し圧延したものであり、正極リード板4を
芯材にスポット溶接する。負極板2はフリュードコーク
スをアルゴン雰囲気下、種々の温度で熱処理した球状黒
鉛を活物質とし、これに増粘剤および結着剤を混練し、
ペースト状とした合剤を、銅箔を芯材とし、その両面に
塗着、乾燥し圧延したものであり、負極リード板5を芯
材にスポット溶接する。セパレータ3はポリプロピレン
からなる多孔性フィルムを正負極板より幅を広く裁断し
たものである。正負極板の相互間にこれにセパレータを
介在させ全体を渦巻き状に巻回し電極体を構成する。
次に、上記電極体の上下部を温風で加熱し、セパレータ
3を熱収縮させる。下部絶縁リング6を装着し、ケース
7に収容して負極リード板5をケース7にスポット溶接
する。上部絶縁リング8を装着しケース7の上部に溝入
れした後、非水電解液を注入する。非水電解液は、プロ
ピレンカーホネート、エチレンカーホネートを体積比で
11に混合し、過塩素酸リチウムを1M溶解させた。あ
らかめガスケットか組みこまれた組立利口板9と正極リ
ード板4をスポット溶接した後、ケース7に装着しカン
メ封口する。これにより電池の組み立てを完了する。
フリュードコークスをアルゴン雰囲気下、種々の温度で
熱処理した球状黒鉛について、粉末X線広角回折法から
002面の面間隔を求め、熱処理温度と層間距離の関係
を第2図にまとめた。
第2図から、炭素質は、原材料の物性および熱処理条件
により、層構造の状態(層間距離、層間数)か変化し、
これはインターカレーション/デインターカレーション
か進行する難易度と密接な関係があると考えられる。
急速充電時には、リチウムイオンが完全にはインターカ
レートされず、一部負極上に針状リチウムとして析出す
る現象か見られたか、これは負極にインターカレートさ
れたリチウムイオンが層間内部に充分拡散できず、層間
周辺部に蓄積するためと考えられる。
実施例1 電池を構成し、定電流充放電した。充電電流は正負極が
対向する部分の電流密度で規制し、上限電圧は4.1v
とした。放電電流は0.5mA/dで一定とし、下限電
圧は3.0■とした。充電電流か0.5mA/cd時の
充放電サイクル特性、20サイクル時で一部負極上に針
状リチウムとして析出する現象が見られた充電レート特
性を第3図に示す。
第3図から明らかなように、粉末X線広角回折法による
002面の面間隔が3.42A以下で゛ は、層構造が
発達し、しかも層構造を破壊せずインターカレーション
/ティンターカレーションが容易に進行するため充放電
サイクル特性は向上する。
しかし、充電電流を正負極が対向する部分の電流密度と
して3 m A / ad以上とした場合、サイクルの
進行に伴って、著しい容量低下か見られた。
20サイクル時で電池を分解して負極を観察すると、正
負極が対向する部分のほぼ全域に針状リチウムとして析
出する現象か見られた。これか負極から離脱して集電不
能となりサイクルに伴う容量低下の原因となると同時に
、セパレータを貫通して正極と接触し内部短絡および発
火が発生する原因となると考えられる。一方、充電電流
を正負極か対向する部分の電流密度として3 m A 
/ ci以下とした場合、サイクルの進行に伴い、容量
低下がほとんど見られず、20サイクル時で電池を分解
し負極を観察したが、一部負極上に針状リチウムとして
析出する現象は見られなかった。
実施例2 電池を構成し、定電圧充電・定電流放電した。
最大電流は正負極が対向する部分の電流密度で抑制し、
印加電圧は4,1■とした。放電電流は0.5mA/a
n?で一定とし、下限電圧は3.OVとした。最大電流
が1.5rnA/a/時の充放電サイクル特性、20サ
イクル時で一部負極上に針状リチウムとして析出する現
象か見られた最大レート特性を第4図に示す。
第3図と同様に第4図から明らかなように、粉末X線広
角回折法による002面の面間隔が34、2 A以下で
は、充放電サイクル特性は向上する。しかし、最大電流
を正負極が対向する部分の電流密度として3 m A 
/ cr1以上とした場合、サイクルの進行に伴い、著
しい容量低下が見られ、20サイクル時で電池を分解し
負極を観察すると、正負極が対向する部分のほぼ全域に
針状リチウムとして析出する現象が見られた。これが負
極から離脱して集電不能となりサイクルに伴う容量低下
の原因となると同時に、セパレータを貫通して正極と接
触し内部短絡および発火が発生する原因となると考えら
れる。一方、最大電流を正負極が対向する部分の電流密
度として3 m A / ad以下とした場合、サイク
ルの進行に伴い、容量低下がほとんど見られず、20サ
イクル時で電池を分解し負極を観察したが、一部負極上
に針状リチウムとして析出する現象は見られなかった。
なお、ヘンゼンなとの炭化水素を触媒担体上に堆積成長
させた気相成長炭素繊維を用いた場合においても、粉末
X線広角回折法による002面の面間隔が3.42A以
下では同様であることかわかった。
発明の効果 以上のように本発明によれば、サイクルに伴う充放電容
量の低下も小さく、内部短絡および発火が発生しないと
いう効果が得られ、安全性および充放電サイクル特性に
優れたリチウム二次電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は円筒形リチウム二次電池の構成断面図、第2図
は球状黒鉛の熱処理温度と層間距離の関係を示す図、第
3図は定電流充電時の充放電サ ”イクル特性および充
電レート特性図、第4図は定電圧充電時の充放電サイク
ル特性および最大レート特性を示す図である。 1・・・正極板、2・・・負極板、3・・・セパレータ
、4・・・正極リード板、5・・・負極リード板、6・
・・下部絶縁リング、7・・・ケース、8・・・上部絶
縁リング、9・・・組立封口板。 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ほか2名f−−−
正頃不1 2−9痔砒 5−−τへ′L−夕 に −下辞虻佳1)ニア7 1−−ノ丁−人 B、−−z@キ)邑キVリソゲ 第2図 手番 処 丁! 」ム 度(・こ) 第 3 図 1 間 距 畑 (へ) 第 4 図 1 間1か− (、A 1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)正極材料にリチウムを含有した遷移金属複合酸化
    物を、負極材料に電気化学的にリチウムをインターカレ
    ーション/デインターカレーションしうる炭素質を用い
    た非水電解液二次電池を充電する際、充電電流を正負極
    が対向する部分の電流密度として3mA/cm^2以下
    に規制したことを特徴とする非水電解液二次電池の充電
    方法。
  2. (2)充電電流を上記電流密度以下に規制した定電流充
    電、あるいは最大電流を上記電流密度以下に抑制した定
    電圧充電であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の非水電解液二次電池の充電方法。
  3. (3)上記正極材料は、LiCoO_2あるいはLiM
    n_2O_4を、これ単独あるいはコバルトおよびマン
    ガンの一部をコバルト、マンガン、鉄およびニッケルよ
    りなる群から選んだ少なくとも一つと置換したあらかじ
    めリチウムを含有した遷移金属複合酸化物であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非水電解液二次
    電池の充電方法。
  4. (4)上記負極材料は、電気化学的にリチウムをインタ
    ーカレーション/デインターカレーションしうる炭素質
    であり、粉末X線広角回折法による002面の面間隔が
    3.42A以下であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の非水電解液二次電池の充電方法。
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