JPH04294059A - 非水電解質二次電池用負極 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非水電解質二次電池用負
極に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムまたはリチウム化合物を負極と
する非水電解質二次電池は、高電圧で高エネルギー密度
が期待され、多くの研究が行なわれている。

【０００３】これまで非水電解質二次電池の正極活物質
には、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、Ｍ
ｏＳ２などの遷移金属の酸化物およびカルコゲン化合物
が知られており、これらは層状もしくはトンネル構造を
有し、リチウムイオンが出入りできる結晶構造を持つ。

【０００４】一方、負極活物質には、金属リチウム、リ
チウムを吸蔵、放出できるリチウム−アルミニウムなど
のリチウム合金などが知られている。しかしながら金属
リチウムを負極活物質に用いた場合、充電時にリチウム
表面に樹枝状にリチウムが析出し、正極と接して短絡を
生じる。リチウム合金を用いた場合、リチウムの電位よ
りも貴な電位における充電ではリチウムの樹枝状成長が
抑えられるものの、リチウムの電位より卑な電位まで充
電すると金属リチウム同様、リチウムの樹枝状成長が生
じる。また深い充放電を繰り返すと電極の微細化が生じ
、サイクル特性が良くないなどの欠点を有しおり、未だ
充分な特性が得られていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
する手段として、リチウムを吸蔵、放出することできる
金属粉末と導電剤の混合物を負極に用いることで、充放
電時の金属の微粉化による脱落もしくは、それに伴う集
電不良を改善する試みがなされている。しかしながら、
単に金属粉末と導電剤を混合しただけでは、充放電を繰
り返すとともに金属粉末の微粉化が生じ導電剤との界面
接合が不十分となり、容量が低下するという問題点を有
していた。本発明はこのような問題点を解決し、充放電
サイクル特性の優れた非水電解質二次電池用負極を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の非水電解質二次電池用負極は、リチウムを
吸蔵、放出することのできる金属粉末活物質の表面を他
の金属で被覆したものである。

【０００７】

【作用】この構成により本発明の非水電解質二次電池用
負極は、リチウムを吸蔵、放出することのできる金属粉
末を活物質とする非水電解質二次電池の負極において、
前記金属粉末の表面を展性、延性に富む金属で被覆する
ことにより、充放電に伴う金属粉末の微粉化が抑制され
導電剤との界面接合が保持されるようになる。その結果
、充放電を繰り返しても、金属粉末と導電剤の界面接合
は充分保持され、比較的少ないサイクル数で充放電容量
が低下することがなくなり、安定した電池特性を有する
非水電解質二次電池用負極を構成することが可能となる
。被覆法としては、多孔性被覆が可能な無電解メッキ法
がよい。

【０００８】金属粉末としては、リチウムを比較的簡単
に吸蔵、放出することができるアルミニウム、錫、鉛、
インジウム、ビスマスが、被覆金属としては展性、延性
に富む銅やニッケルが好ましく、導電剤には、黒鉛もし
くはカーボンブラックが好ましい。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例の非水電解質二次電池
用負極について図面を基にして説明する。本実施例では
、負極活物質にリチウムを吸臓、放出することができる
２００メッシュパスのアルミニウム粉末、被覆金属とし
て銅、導電剤としてアセチレンブラックを用いた負極で
構成した電池について説明する。また比較例として金属
被覆していないアルミニウム粉末を用いた負極で構成し
た電池も示す。

【００１０】アルミニウム粉末表面への銅の被覆は無電
解メッキ法により、被覆量が銅で被覆したアルミニウム
粉末重量に対して５重量％、１０重量％、１５重量％、
２０重量％、２５重量％となるように行なった。

【００１１】負極は、銅で被覆したアルミニウム粉末と
導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてポ
リエチレン樹脂を重量比で４７．５：４７．５：５の割
合で混合し、得られた負極合剤０．１ｇを直径１７．５
ｍｍに２トン／ｃｍ２でプレス成型することで作製した
。正極活物質にはＬｉＣｏＯ２を用い、正極はＬｉＣｏ
Ｏ２と導電剤であるアセチレンブラックと、結着剤であ
るポリ４フッカエチレン樹脂を重量比で７：２：１の割
合で混合し、得られた正極合剤０．２ｇを直径１７．５
ｍｍに２トン／ｃｍ２でプレス成型することで作製した
。図１において、成型した正極１をケース２に置く。 正極１の上にセパレータ３としての多孔性ポリプロピレ
ンフィルムを置いた。負極４を、ポリプロピレン製ガス
ケット６を付けた封口板５に圧着した。非水電解質とし
て、１モル／ｌの過塩素酸リチウムを溶解した体積比で
１対１のプロピレンカーボネートと、ジメトキシエタン
の混合溶媒を用い、これをセパレータ３上および負極４
上に加えた。その後電池を封口した。

【００１２】なお比較例である銅を被覆していないアル
ミニウム粉末を負極に用いた電池も同様の方法で作製し
た。

【００１３】以上、６種類の電池の充放電サイクル特性
の比較を行なった。なお本実施例では、負極の充放電サ
イクル試験を行なうため、正極は、正極によるサイクル
劣化を除外できるだけの充分な正極容量をもつ条件で電
池を構成している。充放電サイクル試験は、充放電電流
１ｍＡ、電圧範囲４．０Ｖから３．０Ｖの間で定電流充
放電することで行なった。

【００１４】（表１）に初期放電容量ならびに５０サイ
クル目の放電容量、また初期放電容量に対する５０サイ
クル目の放電容量の容量維持率を示す。

【００１５】

【表１】 （表１）に示すように、銅で被覆していない比較例の電
池は、初期６．７ｍＡｈの放電容量を示すが、サイクル
とともに容量が低下し５０サイクル後の放電容量維持率
が４０％程度まで低下する。一方銅を被覆したものは、
いずれも５０サイクル後の容量維持率が７０％以上とサ
イクル特性が向上し、また初期放電容量ににおいても被
覆量が５重量％、１０重量％のものは増加した。被覆量
が増加するにしたがい容量維持率は増加するが、初期放
電容量においては被覆量が１５重量％以上になると、表
面被覆銅が電極反応を阻害し低下する傾向が見られた。 ５０サイクル後の充放電サイクル結果においては、１５
重量％被覆したものが５．３ｍＡｈと最も高い放電容量
を示した。電池のエネルギー密度を考えた場合、被覆量
としては２５重量％以下が好ましい。

【００１６】以上のように、アルミニウム表面に展性、
延性に富む銅を被覆することにより、充放電に伴うアル
ミニウム粉末の微粉化が抑制され導電剤との界面接合が
保持され、サイクル特性の優れた非水電解質二次電池を
作製できることを確認した。また被覆量が５重量％、１
０重量％においては、銅を被覆していない比較例よりも
集電性が向上し、初期放電容量においても向上した。

【００１７】本実施例では、金属粉末としてアルミニウ
ム、被覆金属として銅、導電剤としてアセチレンブラッ
クの組合せで説明したが、同様にリチウムを吸蔵、放出
しリチウムと合金形成することのできるスズ、鉛、イン
ジウム、ビスマス粉末、被覆金属としてニッケル、導電
剤として黒鉛、カーボンブラックのいずれの組合せにお
いても、ほぼ同様の効果が得られることを確認した。

【００１８】

【発明の効果】以上の実施例の説明で明らかなように、
本発明の非水電解質二次電池用負極によれば、リチウム
を吸蔵、放出することのできる金属粉末活物質の表面を
展性、延性に富む金属で被覆することで、優れた充放電
サイクル特性を有する非水電解質二次電池用負極を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の非水電解質二次電池負極を
用いた電池の縦断面図

【符号の説明】

１　　正極 ２　　ケース ３　　セパレータ ４　　負極 ５　　封口板 ６　　ガスケット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リチウムを吸蔵、放出することのできる金
   属粉末活物質の表面を、他の金属で被覆した非水電解質
   二次電池用負極。
2. 【請求項２】被覆金属が銅、ニッケルのうち少なくとも
   １種から選ばれる請求項１記載の非水電解質二次電池用
   負極。
3. 【請求項３】リチウムを吸蔵、放出することができる金
   属粉末活物質が、アルミニウム、錫、鉛、インジウム、
   ビスマスのうち少なくとも１種から選ばれる請求項１記
   載の非水電解質二次電池用負極。