JPH04324258A - リチウム電池 - Google Patents
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は各種電子機器の電源等に
使用されるリチウム電池の電極活物質に関するものであ
る。
使用されるリチウム電池の電極活物質に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】陰極活物質として金属リチウムを、電解
液として有機電解液を用いるリチウム電池は、高電圧（
約３Ｖ）であること、広い温度範囲で使用可能で、貯蔵
性にも優れていることなどから、近年、カメラ、時計等
の家庭用電子機器をはじめとする各種電子機器用の電源
として多用されている。
液として有機電解液を用いるリチウム電池は、高電圧（
約３Ｖ）であること、広い温度範囲で使用可能で、貯蔵
性にも優れていることなどから、近年、カメラ、時計等
の家庭用電子機器をはじめとする各種電子機器用の電源
として多用されている。
【０００３】また、金属リチウムに代えて、例えばリチ
ウム−アルミニウム合金（特開平２−１１４４６５号公
報）や、リチウムを吸蔵させた活性炭（特開平１−１６
３９７０号公報）を用いたリチウム電池が提案されてお
り、電極の劣化を抑制する効果があることが知られてい
る。
ウム−アルミニウム合金（特開平２−１１４４６５号公
報）や、リチウムを吸蔵させた活性炭（特開平１−１６
３９７０号公報）を用いたリチウム電池が提案されてお
り、電極の劣化を抑制する効果があることが知られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、リチウムは
活性な金属で、水と容易に反応して発熱する。このため
、リチウムを電極とする電池では、例えばケースの亀裂
等、何らかの原因で電池内に微量の水分が混入すること
により発熱するおそれがある。これはリチウム−アルミ
ニウム合金やリチウム吸蔵活性炭を用いた場合も同様で
、これらに代わる電極活物質の開発が望まれている。
活性な金属で、水と容易に反応して発熱する。このため
、リチウムを電極とする電池では、例えばケースの亀裂
等、何らかの原因で電池内に微量の水分が混入すること
により発熱するおそれがある。これはリチウム−アルミ
ニウム合金やリチウム吸蔵活性炭を用いた場合も同様で
、これらに代わる電極活物質の開発が望まれている。
【０００５】金属リチウムを用いない例としては、負極
に五酸化ニオブとリチウムの化合物を、正極に五酸化バ
ナジウムを用いたリチウム電池があり（特開平２−４９
３６４号公報）、上記の発熱の問題は解消する。ところ
が、この組合わせでは、電池電圧が２Ｖ程度と低く、高
電圧であるというリチウム電池本来の特徴が損なわれる
という問題がある。
に五酸化ニオブとリチウムの化合物を、正極に五酸化バ
ナジウムを用いたリチウム電池があり（特開平２−４９
３６４号公報）、上記の発熱の問題は解消する。ところ
が、この組合わせでは、電池電圧が２Ｖ程度と低く、高
電圧であるというリチウム電池本来の特徴が損なわれる
という問題がある。
【０００６】しかして、本発明は、３Ｖ級の高い電圧が
得られ、かつ安全性に優れたリチウム電池を提供するこ
とを目的とするものである。
得られ、かつ安全性に優れたリチウム電池を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記実情
に鑑み鋭意検討した結果、正極として、金属リチウムに
対する電位が４〜４．５Ｖである金属酸化物・リチウム
複合化合物または金属硫化物・リチウム複合化合物を、
負極として、金属リチウムに対する電位が１〜１．５Ｖ
である金属酸化物・リチウム複合化合物または金属硫化
物・リチウム複合化合物を用いたリチウム電池が、高電
圧および発熱防止の両面を満足するものであることを見
出した。
に鑑み鋭意検討した結果、正極として、金属リチウムに
対する電位が４〜４．５Ｖである金属酸化物・リチウム
複合化合物または金属硫化物・リチウム複合化合物を、
負極として、金属リチウムに対する電位が１〜１．５Ｖ
である金属酸化物・リチウム複合化合物または金属硫化
物・リチウム複合化合物を用いたリチウム電池が、高電
圧および発熱防止の両面を満足するものであることを見
出した。
【０００８】
【作用】本発明で電極活物質として用いた金属酸化物・
リチウム複合化合物、または金属硫化物・リチウム複合
化合物において、リチウムはイオンとして存在しており
、金属リチウムとしての活性はない。従って、リチウム
の反応による過度の発熱等のおそれはなく、安全性が向
上する。また、正極の電位を４〜４．５Ｖ、負極の電位
を１〜１．５Ｖに規定しているので、両極の電位差は約
３Ｖとなり、高い電池電圧が確保できる。
リチウム複合化合物、または金属硫化物・リチウム複合
化合物において、リチウムはイオンとして存在しており
、金属リチウムとしての活性はない。従って、リチウム
の反応による過度の発熱等のおそれはなく、安全性が向
上する。また、正極の電位を４〜４．５Ｖ、負極の電位
を１〜１．５Ｖに規定しているので、両極の電位差は約
３Ｖとなり、高い電池電圧が確保できる。
【０００９】
【実施例】図１には本発明を適用したリチウム電池の一
例を示す。図において、１は上部が開口する中空円筒状
のケースである。該ケース１は正極端子を兼ねており、
ケース１内には、底面に密着せしめて二酸化コバルト・
リチウム複合化合物よりなる正極２が設けてある。上記
ケース１の開口は、負極端子を兼ねる封口板３で閉鎖さ
れ、ポリプロピレン製ガスケット５で絶縁シールされて
いる。上記封口板３の下面には、五酸化ニオブ・リチウ
ム複合化合物よりなる負極４が密着固定され、この負極
４と上記正極２との間にはポリプロピレン不織布からな
るセパレータ６が配してある。
例を示す。図において、１は上部が開口する中空円筒状
のケースである。該ケース１は正極端子を兼ねており、
ケース１内には、底面に密着せしめて二酸化コバルト・
リチウム複合化合物よりなる正極２が設けてある。上記
ケース１の開口は、負極端子を兼ねる封口板３で閉鎖さ
れ、ポリプロピレン製ガスケット５で絶縁シールされて
いる。上記封口板３の下面には、五酸化ニオブ・リチウ
ム複合化合物よりなる負極４が密着固定され、この負極
４と上記正極２との間にはポリプロピレン不織布からな
るセパレータ６が配してある。
【００１０】上記正極２は、次のようにして作成した。
まず、炭酸コバルトと炭酸リチウムを９００℃で焼成し
、ＬｉＸ ＣｏＯ２ （０＜Ｘ≦１）を合成した。これ
を粉砕した後、得られた化合物８５重量％に、導電材と
してのケッチェンブラック５重量％および結着剤である
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１０重量％を
混練し、粉砕後、直径１８ｍｍのペレットに成形した。 これを１５０℃で真空乾燥し、さらに脱水処理して電極
とした。
、ＬｉＸ ＣｏＯ２ （０＜Ｘ≦１）を合成した。これ
を粉砕した後、得られた化合物８５重量％に、導電材と
してのケッチェンブラック５重量％および結着剤である
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１０重量％を
混練し、粉砕後、直径１８ｍｍのペレットに成形した。 これを１５０℃で真空乾燥し、さらに脱水処理して電極
とした。
【００１１】また負極４としては、五酸化ニオブ８５重
量％に、導電剤としてのケッチェンブラック５重量％お
よび結着剤であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）１０重量％を混練し、粉砕後、直径１８ｍｍのペレ
ットに成形し、真空乾燥（１５０℃）、脱水処理して得
た合剤に、電池中で、所望のリチウム箔を密着させ、電
解液中に浸漬して、リチウムを五酸化ニオブ中にドーピ
ングしたものを用いた。
量％に、導電剤としてのケッチェンブラック５重量％お
よび結着剤であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）１０重量％を混練し、粉砕後、直径１８ｍｍのペレ
ットに成形し、真空乾燥（１５０℃）、脱水処理して得
た合剤に、電池中で、所望のリチウム箔を密着させ、電
解液中に浸漬して、リチウムを五酸化ニオブ中にドーピ
ングしたものを用いた。
【００１２】電解液は、過塩素酸リチウムをプロピレン
カーボネートに１モル／１の濃度になるように溶解した
ものを用いた。このようにして得られたリチウム電池の
大きさは、直径２３ｍｍ、厚さ３．０ｍｍであった。
カーボネートに１モル／１の濃度になるように溶解した
ものを用いた。このようにして得られたリチウム電池の
大きさは、直径２３ｍｍ、厚さ３．０ｍｍであった。
【００１３】上記の電池系において、放電時には、負極
において五酸化ニオブ中にドープしているリチウムが、
電解液中にリチウムイオンとなって溶け込み、正極中に
移動して二酸化コバルトにドープする。また、充電時に
は、これとは逆の反応が起こる。すなわち、充放電によ
って、リチウムイオンのみが正負極間を移動することに
なる。この正極・負極における充放電時の反応は以下の
ように表される。
において五酸化ニオブ中にドープしているリチウムが、
電解液中にリチウムイオンとなって溶け込み、正極中に
移動して二酸化コバルトにドープする。また、充電時に
は、これとは逆の反応が起こる。すなわち、充放電によ
って、リチウムイオンのみが正負極間を移動することに
なる。この正極・負極における充放電時の反応は以下の
ように表される。
【化１】
【化２】
【００１４】二酸化コバルト・リチウム複合化合物（Ｌ
ｉＸ ・ＣｏＯ２ ）の開放電位Ｖｏｃは、図２に示す
ようにｘの大きさによって変化し、ｘが０に近い場合は
約４．５Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）、ｘが１に近い場合は約４
Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）である（ジャーナル・オブ・ジ・エ
レクトロケミカル・ソサエティ（Ｊ．ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍ．Ｓｏｃ．）、ｖｏｌ．１３６、Ｎｏ７、Ｊｕｌ
ｙ １９８９参照）。また、二酸化コバルト・リチウ
ム複合化合物の放電反応は、図３のように、電圧は約４
．２Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）からなだらかに低下し、３．８
Ｖ付近で一定となり、その後急激に低下する。
ｉＸ ・ＣｏＯ２ ）の開放電位Ｖｏｃは、図２に示す
ようにｘの大きさによって変化し、ｘが０に近い場合は
約４．５Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）、ｘが１に近い場合は約４
Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）である（ジャーナル・オブ・ジ・エ
レクトロケミカル・ソサエティ（Ｊ．ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍ．Ｓｏｃ．）、ｖｏｌ．１３６、Ｎｏ７、Ｊｕｌ
ｙ １９８９参照）。また、二酸化コバルト・リチウ
ム複合化合物の放電反応は、図３のように、電圧は約４
．２Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）からなだらかに低下し、３．８
Ｖ付近で一定となり、その後急激に低下する。
【００１５】一方、五酸化ニオブ・リチウム複合化合物
を用いた負極では、図４に示すように、上記式における
ｎが１に近い場合、すなわち充電状態では、電位は１．
３Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度であり、放電が進むにつれ電
位は上昇する。
を用いた負極では、図４に示すように、上記式における
ｎが１に近い場合、すなわち充電状態では、電位は１．
３Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度であり、放電が進むにつれ電
位は上昇する。
【００１６】従って、正極に二酸化コバルト・リチウム
複合化合物を、そして負極に五酸化ニオブ・リチウム複
合化合物を用いた電池の初期開放電圧は約３．２Ｖ（４
．５Ｖ−１．３Ｖ）となり、３Ｖ級リチウム電池を作成
することができる。図５にこの組合わせによる電池の放
電カーブを示す。
複合化合物を、そして負極に五酸化ニオブ・リチウム複
合化合物を用いた電池の初期開放電圧は約３．２Ｖ（４
．５Ｖ−１．３Ｖ）となり、３Ｖ級リチウム電池を作成
することができる。図５にこの組合わせによる電池の放
電カーブを示す。
【００１７】本発明では、正極として、上記実施例で使
用した二酸化コバルト・リチウム複合化合物に代えて、
例えば、二酸化マンガン・リチウム複合化合物（ＬｉＸ
・ＭｎＯ２ ）を用いてもよく、同様の３Ｖ級リチウ
ム電池を作成することができる。また、これ以外にも、
電位が４〜４．５Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度である金属酸
化物・リチウム複合化合物または金属硫化物・リチウム
複合化合物であれば、同様の効果が得られる。
用した二酸化コバルト・リチウム複合化合物に代えて、
例えば、二酸化マンガン・リチウム複合化合物（ＬｉＸ
・ＭｎＯ２ ）を用いてもよく、同様の３Ｖ級リチウ
ム電池を作成することができる。また、これ以外にも、
電位が４〜４．５Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度である金属酸
化物・リチウム複合化合物または金属硫化物・リチウム
複合化合物であれば、同様の効果が得られる。
【００１８】負極としては、五酸化ニオブ・リチウム複
合化合物に代えて、例えば、酸化チタン・リチウム複合
化合物（Ｌｉｘ・ＴｉＯ２ ）を用いることができる。 あるいは電位が１〜１．５Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度であ
る金属酸化物・リチウム複合化合物または金属硫化物・
リチウム複合化合物であれば、同様の結果が得られる。
合化合物に代えて、例えば、酸化チタン・リチウム複合
化合物（Ｌｉｘ・ＴｉＯ２ ）を用いることができる。 あるいは電位が１〜１．５Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度であ
る金属酸化物・リチウム複合化合物または金属硫化物・
リチウム複合化合物であれば、同様の結果が得られる。
【００１９】さらに、電解液は、過塩素酸リチウムをプ
ロピレンカーボネートに溶解したものに限らず、電解質
として、ホウフッ化リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、
六フッ化リンリチウム、トリフルオロメタンスルホン酸
リチウム等を、溶媒として、エチレンカーボネート、ブ
チレンヤーボネート、１，２−ジエトキシエタン、１，
２−ジメトキシプロパン、エトキシメトキシエタン、１
，２−ジメトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラ
ン等を用いることができる。また、電解液の濃度は、必
ずしも１モル／１とする必要はなく、通常、０．３〜２
．５モル／１、好ましくは０．５〜１．５モル／１の範
囲で適宜選択される。なお、本発明のリチウム電池は１
次（使い捨て）電池、２次（再充電可能）電池のいずれ
にも応用可能である。
ロピレンカーボネートに溶解したものに限らず、電解質
として、ホウフッ化リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、
六フッ化リンリチウム、トリフルオロメタンスルホン酸
リチウム等を、溶媒として、エチレンカーボネート、ブ
チレンヤーボネート、１，２−ジエトキシエタン、１，
２−ジメトキシプロパン、エトキシメトキシエタン、１
，２−ジメトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラ
ン等を用いることができる。また、電解液の濃度は、必
ずしも１モル／１とする必要はなく、通常、０．３〜２
．５モル／１、好ましくは０．５〜１．５モル／１の範
囲で適宜選択される。なお、本発明のリチウム電池は１
次（使い捨て）電池、２次（再充電可能）電池のいずれ
にも応用可能である。
【００２０】
【発明の効果】このように、本発明のリチウム電池は、
金属リチウムを使用していないので、発熱等のおそれが
ない。従って、安全性に優れ、信頼性が高く、しかも３
Ｖ級の高い電圧を有するリチウム電池を実現することが
できる。
金属リチウムを使用していないので、発熱等のおそれが
ない。従って、安全性に優れ、信頼性が高く、しかも３
Ｖ級の高い電圧を有するリチウム電池を実現することが
できる。
【図１】リチウム電池の全体断面図である。
【図２】二酸化コバルト・リチウム複合化合物中のリチ
ウム量と開放電位の関係を示す図である。
ウム量と開放電位の関係を示す図である。
【図３】二酸化コバルト・リチウム複合化合物の放電特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図４】五酸化ニオブ・リチウム複合化合物の放電特性
を示す図である。
を示す図である。
【図５】リチウム電池の放電特性を示す図である。
１ ケース
２ 正極
３ 封口板
４ 負極
５ ガスケット
６ セパレータ
Claims (1)
- 【請求項１】 正極として、金属リチウムに対する電
位が４〜４．５Ｖである金属酸化物・リチウム複合化合
物または金属硫化物・リチウム複合化合物を、負極とし
て、金属リチウムに対する電位が１〜１．５Ｖである金
属酸化物・リチウム複合化合物または金属硫化物・リチ
ウム複合化合物を用いたことを特徴とするリチウム電池
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119321A JPH04324258A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | リチウム電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119321A JPH04324258A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | リチウム電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324258A true JPH04324258A (ja) | 1992-11-13 |
Family
ID=14758568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3119321A Pending JPH04324258A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | リチウム電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04324258A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0715366A1 (en) * | 1994-12-01 | 1996-06-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Rechargeable lithium battery having an anode coated by a film containing a specific metal oxide material, process for the production of said anode, and process for the production of said rechargeable lithium battery |
| EP0875951A1 (en) * | 1997-04-30 | 1998-11-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Composite anode for secondary lithium battery |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP3119321A patent/JPH04324258A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0715366A1 (en) * | 1994-12-01 | 1996-06-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Rechargeable lithium battery having an anode coated by a film containing a specific metal oxide material, process for the production of said anode, and process for the production of said rechargeable lithium battery |
| US6063142A (en) * | 1994-12-01 | 2000-05-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Process for producing a rechargeable lithium battery having an improved anode coated by a film containing a specific metal oxide material |
| EP0875951A1 (en) * | 1997-04-30 | 1998-11-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Composite anode for secondary lithium battery |
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