JPH04507171A - 多孔質リチゥム電極及びそれを備えた電池 - 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】 多孔質リチウム電極及びそれを備えた電池支は豆Ｉ・ 本発明は、電池、特に、電池として使用するための電気化学的に活性の表面積を 大きくされたリチウム金属又はリチウム合金の負電極に関する。

支丘ｌ遣 リチウム金属又はリチウム合金の負電極を備えた従来の電池構造においては、使 用されるリチウム金属材又はリチウム合金材は、標準リチウムの嵩密度即ち５３ ４ｋｇ　／　ｍ　’の嵩密度を有しており、リチウムと同じ非孔質の特性を有す る。このことは、電池内での電気化学的相互作用のために利用しつる表面積が電 解質に露呈される電極の外表面の面積によって規定されることを意味する、従っ て、電池産業界においては、多数の極めて薄いリチウムシートから成る、従って 機械的強度の弱い負電極を使用する傾向がある。

１豆立皿ｊ 本発明は、電気化学的に活性の表面積の大きいリチウム金属又はリチウム合金の 負電極を有する電池を提供することを企図したものである。

本発明によれば、リチウム金属又はリチウム合金の負電極と、正電極と、電解質 を含む電池において、該負電極のリチウム金属又はリチウム合金は、前記電解質 に露を増大させるように、標準リチウムの嵩密度の７５％未満で２５％以上の嵩 密度を有していることを特徴とする電池が提供される。

本発明に従って構成される電池の負電極として用いることができるリチウム合金 は、実質的にリチウム金属であり、従って、リチウム金属と実質的に同じ密度を 有している。

標準リチウムは、５３４ｋｇ／ｍ”の嵩密度を有している。従って、本発明に従 って構成される電池の負電極のリチウム金属又はリチウム合金の嵩密度の範囲は 、４００．５〜１３３．５ｋｇ／ｍ”である、又、標準リチウムは、実質的に充 実体であり、多孔質構造を有していない、即ち、その内部に実質的に自由空間又 は自由空隙を有していないことに留意されたい。

本発明によれば、リチウム金属又はリチウム合金の多孔率を増大させることによ ってその嵩密度を適正レベルにまで減少させる。このことはリチウム金属又はリ チウム合金内部の利用しつる自由空隙を増大させることを意味する。比較のため に述べれば、重さ５３４ｋｇのリチウムの塊体は、標準嵩密度（５３４ｋ　ｇ／ ｍ　”　）では１ｍ”ｌ標準嵩密度の７５％の嵩密度（４００，５ｋｇ／ｍ　２ 　）では１．３３ｍ”、標準嵩密度の２５％の嵩密度（２１３，６ｋｇ／ｍ”） では４ｍ”の体積を占める。

以上の数字から分るように、本発明による電池の負電極のリチウム金属又はリチ ウム合金の内部には相当太きな利用可能な自由空隙が得られる。このような自由 空隙は、１！！準リチウム金属又はリチウム合金の電極を用いた場合には存在し ない、か（して、本発明によれば、リチウム金属又はリチウム合金の負電極内に 電気化学的に活性の表面が創生され、それによって、電池の作動効率を高める。

もちろん、嵩密度を減少させることによって創生される内部表面の量は、嵩密度 を減少させるのに必要とされる自由空隙の容積がリチウム金属又はリチウム合金 の塊体全体に亙ってどのような態様に分布されているかに左右される。

リチウム金属又はリチウム合金の望ましい嵩密度を決定するに当っては、幾つか の要件を考慮に入れなければならない、考慮すべき主な要件は、特定の電池構造 において最適の作動条件を得るのに望ましい活性表面積の増加量、及び、嵩密度 を減少させることによるリチウム金属又はリチウム合金の強度の低下と負電極が 電池内で受けると予想される力である。

上記最後に挙げた要件に関していえば、リチウム金属又はリチウム合金の多孔率 を大きくし過ぎると、リチウム金属又はリチウム合金は小さな力を受けただけで も砕けるおそれがあることに留意すべきである。このことは、そのようなリチウ ム金属又はリチウム合金を用いた電池は非常に損壊し易いことを意味する。

本発明による負電極のリチウム金属又はリチウム合金は、電着によって基材上に 形成するのが好ましい。

この電着法は、任意の標準的電着法であってよく、その詳細は技術文献から知る ことができるが１例えば、本出願の英国特許願第９００５３３．２号に好適なリ チウム電着法が開示されているので、それを参照されたい。

リチウム金属又はリチウム合金は、溶媒中に瀉解させたヘキサフルオロ砒酸リチ ウム（Ｌ　ｉ　Ａ　ｓ　Ｆ　ｓ　）の溶液から電着させるのが好ましい、別法と して、塩化リチウム（ＬｉＣ１）又はヘキサフルオロ燐酸リチウム（ＬｉＰＦＩ ）又はそれらのリチウム塩の混合物を用いることもできる。この電着工程は、５ 〜１５Ａ／ｃｍ”の範囲の電流密度で実施するのが好ましい。

本発明の好ましい実施例においては、リチウム金属又はリチウム合金は、ニッケ ル箔のような金属箔、又は導電性有機材、又はコートポリマーのようなポリマー 材から成る基材上に電着させる。

本発明に征って電池のための負電極を製造するために電着法を用いると、内部に 自由空隙が均一に分布された非常に多孔性の高いリチウム金属又はリチウム合金 が得られる。（「多孔性」とは、多孔質、又は多数の孔を有する構造をいう、） かくして、リチウム金属又はリチウム合金に大きなに内部表面が創生される。

更に、電着浴の電解質溶液の一部分を、このようにして形成されたリチウム金属 又はリチウム合金内部のポケット（自由空隙）内に捕捉させるようにしてもよ（ 、電解質温液は、電池の作動を助成するようｉｌ：、即ち、電池の電解質と協同 してそれ自身電解質として機能するような組成物となるように配合することがで きる７本発明に従って構成された電池は、−次電池としてもよく、あるいは二次 電池とすることもできる。

本発明に従って構成される電池には、液体又は固体電解質、あるいは、両者の混 合物、例えば固体中に液体を担持させたものを用いることができる。

以下に添付図を参照して本発明の詳細な説明する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って構成されたソリッドステート電池の概略図である。

第２図は、第１図の電池のコア部材の断面図である。

見立ｊ 添付図の第１図を参照して説明すると、本発明にしたがで構成されたソリッドス テートリチウム電池は、コア状態に維持する非孔質の耐水性材料で形成されたケ ーシング２と、ケーシング２を貫通して設けられており、コア部材１をデバイス に接続するための正端子３と、ケーシング２を貫通して設けられており、コア部 材１をデバイスに接続するための負端子４とから成っている。

電池の正端子３と負端子４は、いずれも、電池のコア部材】の大気からの隔離を 維持するようにケーシング２内に密封状態に固定されており、互いに絶縁されて いる第２図を参照して説明すると、電池のコア部材ｌは、以下に述べる５つの層 から成る。リチウム金属の第１層５は、４００．５〜１３３．５ｋｇ／ｍ”の嵩 密度を有し、電池の負電極を構成する。この層は、ヘキサフルオロ砒酸リヂうム （Ｌ　ｉ　Ａ　ｓ　Ｆ　ｇ　）又は塩化リチウム（ＬＩＣｌ）又はヘキザフルオ ロ燐酸リチウム（ＬｉＰＦ。

）又はそれらの混合物のようなリチウム塩を温媒に溶解させた溶液の浴中で例え ばニッケル箔のような基材９上に電着させることによって形成される。この電着 には５〜１５　Ａ　／　ｃ　ｍ　”の電流密度を用いる。基材９は、電池の負端 子４に接続される。

第２層６は、固体電解質材、例えば、炭酸プロピレン（ｐｃ）と炭酸エチレン（ ＥＣ）の混合物を含有し、過塩素酸リチウム（ＬｉＣ１０４）のようなリチウム 塩を分散させたポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）から成る。

第３層７は、ポリマー材中に分散させた二酸化マンガン（ＭｎＯ−）のような電 気化学的に活性の物質（例えば電池の電解質）から成る。この第３層は２電池の 正電極を構成し、正端子３に接続される。

第４層８は、電池の集電装置を構成する。

電池のコア部材１のこれらの層は、電池に所要の電気化学的駆動力を付与する電 気化学的セルを構成する。

要　約 リチウム金属又はリチウム合金の負電極（５）と、正電極（７）と、１１１解質 （６）を含、む電池であって、該負電極のリチウム金属又はリチウム合金は、前 記電解質に露呈源れる該リチウム金属又はリチウム合金の実効表面積を増大させ るように、標準リチウムの嵩密度の７５％未満で２５％以上′の嵩密度を有して いることを特徴とする電池、前記リチウム金属又はリチウム合金は、金属箔のよ うな基材上に電着によって形成するのが好ましい。

国際調査報告 国際調査報告 Ｓ＾　４５８４３

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．リチゥム金属又はリチゥム合金の負電極と、正電極と、電解質を含む電池で あって、 該負電極のリチゥム金属又はリチゥム合金は、多孔性であり、前記電解質に露呈 される該リチゥム金属又はリチゥム合金の実効表面積を増大させるように、標準 リチゥムの嵩密度の７５％未満で２５％以上の嵩密度を有していることを特徴と する電池。
2. ２．前記リチゥム金属又はリチゥム合金は、基材上に電着によって形成されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電池。
3. ３．前記基材は金属であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の電池。
4. ４．前記電解質は、固体電解質であることを特徴とする請求の範囲第１〜３項の いずれかに記載の電池。
5. ５．電池のためのリチゥム金属又はリチゥム合金製の負電極を製造する方法であ って、 該リチゥム金属又はリチゥム合金が多孔性となり、その嵩密度が標準リチゥムの 嵩密度の７５％未満で２５％以上の嵩密度となるように、該リチゥム金属又はリ チゥム合金を電着によって基材上に形成することを特徴とする方法。
6. ６．前記電着は、溶媒中に溶解させたリチゥム塩の浴を用いて実施することを特 徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．請求の範囲第５項又は６項に記載の方法に従って製造された負電極。
8. ８．リチゥム金属又はリチゥム合金の負電極であって、 該負電極のリチゥム金属又はリチゥム合金は、多孔性であり、前記電解質に露呈 される該リチゥム金属又はリチゥム合金の実効表面積を増大させるように、標準 リチゥムの嵩密度の７５％未満で２５％以上の嵩密度を有していることを特徴と する負電極。
9. ９．前記リチゥム金属又はリチゥム合金は、基材上に電着によって形成されてい ることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の負電極。
10. １０．前記基材は金属であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の負電極 。
11. １１．添付図を参照して以上に説明された電池。
12. １２．添付図を参照して以上に説明された負電極。
13. １３．添付図を参照して以上に説明された電池のための負電極製造方法。