JPH05109408A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH05109408A
JPH05109408A JP3292453A JP29245391A JPH05109408A JP H05109408 A JPH05109408 A JP H05109408A JP 3292453 A JP3292453 A JP 3292453A JP 29245391 A JP29245391 A JP 29245391A JP H05109408 A JPH05109408 A JP H05109408A
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JP
Japan
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secondary battery
lithium secondary
negative electrode
liquid phase
active material
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Application number
JP3292453A
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English (en)
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Kiyoaki Akashiro
清明 赤代
Mayumi Nakagawa
真弓 中川
Akira Kawakami
章 川上
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Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有機電解液を用いたリチウム二次電池におい
て、放電容量が大きく、かつ充放電サイクル特性が優れ
たリチウム二次電池を提供する。 【構成】 電気伝導度が101 〜103 S/cmで、c
軸方向の結晶子の大きさが50Å以下、アルゴンレーザ
ーを用いたラマンスペクトルにおける1580cm-1
ピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度比が
0.5〜2.0であり、かつ真密度が1.4〜2.2g
/cm3 である液相炭化物の微粒子を負極活物質として
用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機電解液を用いたリ
チウム二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム二次電池は、放電容量が大き
く、高電圧、高エネルギー密度であることから、その発
展に対して大きな期待が寄せられている。
【0003】ところで、このリチウム二次電池では、有
機溶媒にリチウム塩を溶解させてなる有機電解液を用
い、負極活物質としてリチウムまたはリチウム合金を用
いているが、この負極活物質による場合、内部短絡を起
こしやすく、電池特性の低下を引き起こしたり、安全性
面で問題があった。
【0004】そこで、リチウムまたはリチウム合金に代
えて、活性炭や黒鉛などの炭素材料を負極活物質として
用いることが、特開昭58−35881号公報、特開昭
59−143280号公報、「Journal of
Electrochemical Society」第
222頁(1970年)、「第29回電池討論会講演要
旨集」第139頁(1988年)などにおいて、検討さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公知の炭
素材料は、いずれも、充分な放電容量が得られにくい上
に、充放電サイクル特性が悪かったり、自己放電を起こ
しやすいなどの問題があり、充分に満足できるものとは
いえなかった。
【0006】本発明は、上記事情に鑑み、放電容量が大
きく、充放電サイクル特性が良好で、自己放電が少な
く、かつ安全性面でも問題が少ないリチウム二次電池を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意研究を重ねた結果、下記の特性を有
する液相炭化物の微粒子を負極活物質として用いるとき
は、大電流を取り出すことができ、放電容量が大きく、
充放電サイクル特性が良好で、自己放電が少なく、かつ
安全性面でも問題が少ないリチウム二次電池が得られる
ことを見出し、本発明を完成するにいたった。
【0008】すなわち、本発明は、有機溶媒にリチウム
塩を溶解させてなる有機電解液を用いたリチウム二次電
池において、電気伝導度が101 〜103 S/cmで、
c軸方向の結晶子の大きさが50Å以下、アルゴンレー
ザーを用いたラマンスペクトルにおける1580cm-1
のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度比
〔以下、アルゴンレーザーを用いたラマンスペクトルで
のI(1360cm-1)/I(1580cm-1)で示
す〕が0.5〜2.0であり、かつ真密度が1.4〜
2.2g/cm3 である液相炭化物の微粒子を負極活物
質として用いたことを特徴とするリチウム二次電池に関
するものである。
【0009】本発明において負極活物質として用いる液
相炭化物の微粒子は、重質油、コールタール、ピッチ系
繊維を加熱処理して炭化し、粉砕することによって得ら
れる。すなわち、上記の原料を加熱すると、温度の上昇
とともに芳香環が形成されて縮合多環芳香環構造とな
り、それをさらに加熱して黒鉛類似構造になるまで処理
した後、粉砕することによって得られる。
【0010】上記の液相炭化物を得るための加熱は80
0〜1500℃で行われる。そして得られる液相炭化物
は、電気伝導度が101 〜103 S/cmで、c軸方向
の結晶子の大きさが50Å以下、アルゴンレーザーを用
いたラマンスペクトルでのI(1360cm-1)/I
(1580cm-1)が0.5〜2.0であり、かつ真密
度が1.4〜2.2g/cm3 となる。
【0011】上記の800〜1500℃で炭化処理した
液相炭化物の微粒子を負極活物質として用いることによ
り、放電容量や充放電サイクル特性の向上に好結果を得
ることができ、また自己放電も少なくなる。
【0012】しかし、黒鉛類似構造に至らない不充分な
炭化処理を行ったものは、その電気伝導度が低く、かつ
真密度も小さく、これを負極活物質として用いたリチウ
ム二次電池は、電解液との界面に電気二重層を形成する
だけでリチウムイオンのインターカレートが起こりにく
くなり、充放電容量が小さくなる。また自己放電も多く
なる。
【0013】また、これとは逆に、完全な黒鉛構造にな
るまで過度の炭化処理を行ったものは、電気伝導度は大
きくなるが、c軸方向の結晶子の大きさが100Å以上
と大きくなり、またアルゴンレーザーを用いたラマンス
ペクトルでのI(1360cm-1)/I(1580cm
-1)が0.2以下と小さくなり、この黒鉛構造になった
ものを負極活物質として用いたリチウム二次電池は、リ
チウムイオンのインターカレートが起こりにくく、充放
電容量が小さくなる。
【0014】ところで、黒鉛類似構造をもつ炭素材料を
負極活物質として利用することについては特開昭62−
90863号公報、特開昭62−122066号公報、
特開昭63−24555号公報、特開平1−20436
1号公報などに開示されているように既に公知である。
【0015】しかし、これらの炭素材料は、本発明のも
のとはまったく異なる方法でつくられている。つまり、
これら公知の炭素材料は黒鉛化する時の熱処理温度が2
000℃以上であるのに対し、本発明の液相炭化物は熱
処理温度が800〜1500℃である。その結果、本発
明の液相炭化物の微粒子を負極活物質として用いた場
合、リチウムイオンの拡散定数が大きくなり、大電流、
大容量、長期サイクル寿命が得られる。
【0016】本発明の液相炭化物の微粒子を負極活物質
として用いる際には、これをそのまま電池内に装填する
こともできるが、一般にはあらかじめ上記液相炭化物の
微粒子を含む所望形状の成形体を作製し、これを電池内
に装填するのが好ましい。
【0017】成形体の作製は、たとえば上記液相炭化物
の微粒子とそのバインダーとなるポリテトラフルオロエ
チレン粉末などを水−アルコール系混合溶媒に分散させ
たスラリーを調製し、これをニッケル網などの金網上に
塗布、乾燥したのち、上記金網と一体に打抜いた上で所
望厚となるように加圧成形すればよい。
【0018】図1は、上記成形体を負極とした本発明の
ボタン形のリチウム二次電池の構造例を示す。この図に
おいて、1は内面にニッケルメッキを施したステンレス
鋼からなる皿形の負極缶、2はステンレス鋼からなる皿
形の正極缶であり、この両缶1、2を向かい合わせ、両
者の周縁部を合成ゴムや合成樹脂などの弾性絶縁材料か
らなる環状ガスケット3を介在して嵌合圧着することに
より、扁平な密閉容器を構成している。
【0019】この容器の内部には、負極缶1にステンレ
ス鋼網からなる集電体4を介して接合した前記特定の成
形体からなる負極5と、正極缶2にステンレス鋼網から
なる集電体6を介して接合した正極7と、両極5、7間
に介在するセパレータ8および電解液吸収体9とが装填
されており、さらに有機溶媒にリチウム塩を溶解させて
なる有機電解液が注入されている。
【0020】上記の有機電解液において、有機溶媒とし
ては、たとえばエチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート、1,2−ジメトキシエタン、γ−ブチロラク
トン、ジオキソランなどの極性溶媒が用いられる。ま
た、リチウム塩としては、たとえばLiCF3 SO3
LiBF4 、LiClO4 、LiBC6 5 、LiPF
6 、LiAsF6 などの各種リチウム塩が用いられる。
【0021】なお、本発明は図示したボタン形電池に限
らず、筒形その他の種々の形態および構造のリチウム二
次電池に適用できるものである。
【0022】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。
【0023】実施例1 液相炭化物の微粒子として、平均径10μm、長さ13
0μm、真密度1.64g/cm3 、電気伝導度1×1
2 S/cmのピッチ系炭素繊維のミルド〔c軸方向の
結晶子の大きさ(Lc002 )が12Å、アルゴンレーザ
ーを用いたラマンスペクトルでのI(1360cm-1
/I(1580cm-1)=1.36〕を用い、このピッ
チ系炭素繊維のミルド30g、純水4.7g、ポリテト
ラフルオロエチレン60重量%の水分散液1.5mlお
よびイソプロピルアルコール2.8mlを容器内に入
れ、30分間攪拌してスラリー状にした。
【0024】このスラリー状物を60メッシュのニッケ
ル網の上に乾燥後の厚さが0.4mmになるように塗布
し、200℃で1時間乾燥した。ついで、これを直径1
0mm(面積0.785cm2 )の大きさに打ち抜いた
後、10t/cm2 で加圧成形して全体の厚みが0.3
mmの成形体を作製した。
【0025】上記の成形体を負極に用い、正極として二
酸化マンガン合剤からなる厚さ0.5mm、直径10m
mの成形体を用い、かつセパレータとして微孔性ポリプ
ロピレンフィルムを、電解液吸収体としてポリプロピレ
ン不織布を、有機電解液としてエチレンカーボネートと
1,2−ジメトキシエタンとの容量比1:1の混合溶媒
にLiCF3 SO3 を0.6mol/l溶解させてなる
溶液を、環状ガスケットとしてポリプロピレン製のもの
を、それぞれ使用して、図1に示す構造のボタン形のリ
チウム二次電池を作製した。
【0026】実施例2 液相炭化物の微粒子として、平均径10μm、長さ13
0μm、真密度1.64g/cm3 、電気伝導度3×1
2 S/cmのピッチ系炭素繊維ミルド〔c軸方向の結
晶子の大きさ(Lc002 )が13Å、アルゴンレーザー
を用いたラマンスペクトルでのI(1360cm-1)/
I(1580cm-1)=1.27〕を用いた以外は、実
施例1と同様にしてボタン形のリチウム二次電池を作製
した。
【0027】実施例3 液相炭化物の微粒子として、平均粒子径20μm、真密
度1.66g/cm3 、電気伝導度4×101 S/cm
のメンカーボンマイクロビーズ〔c軸方向の結晶子の大
きさ(Lc002 )が20Å以下、アルゴンレーザーを用
いたラマンスペクトルでのI(1360cm-1)/I
(1580cm-1)=1.0〕を用いた以外は、実施例
1と同様にしてボタン形のリチウム二次電池を作製し
た。
【0028】実施例4 液相炭化物の微粒子として、平均粒子径20μm、真密
度2.0g/cm3 、電気伝導度1×102 S/cmの
ピッチコークス〔c軸方向の結晶子の大きさ(L
002 )が28Å、アルゴンレーザーを用いたラマンス
ペクトルでのI(1360cm-1)/I(1580cm
-1)=1.0〕を使用した以外は、実施例3と同様にし
てボタン形のリチウム二次電池を作製した。
【0029】比較例1 実施例1で用いたピッチ系炭素繊維のミルドに代えて、
平均粒子径20μm、真密度2.30g/cm3 、アル
ゴンレーザーを用いたラマンスペクトルでのI(136
0cm-1)/I(1580cm-1)=0.23の黒鉛微
粒子を用いた以外は、実施例1と同様にしてボタン形の
リチウム二次電池を作製した。
【0030】比較例2 実施例1で用いたピッチ系炭素繊維のミルドに代えて、
平均粒子径20μm、真密度1.4g/cm3 、アルゴ
ンレーザーを用いたラマンスペクトルでのI(1360
cm-1)/I(1580cm-1)=2.0で、電気伝導
度3×10-6S/cmのメンカーボンマイクロビーズを
用いた以外は、実施例1と同様にしてボタン形のリチウ
ム二次電池を作製した。
【0031】上記実施例1〜4および比較例1〜2の電
池について、充電電流2mA、放電電流2mAで、電圧
0〜1.0Vで充放電させ、充放電サイクル数と放電容
量との関係を調べた。その結果を表1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】表1に示すように、実施例1〜4の電池
は、比較例1〜2の電池に比べて、放電容量が大きく、
かつ充放電サイクル特性が優れていた。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
放電容量が大きく、かつ充放電サイクル特性が優れたリ
チウム二次電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリチウム二次電池の一例を示す断
面図である。
【符号の説明】
5 負極 7 正極 8 セパレータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機溶媒にリチウム塩を溶解させてなる
    有機電解液を用いたリチウム二次電池において、電気伝
    導度が101 〜103 S/cmで、c軸方向の結晶子の
    大きさが50Å以下、アルゴンレーザーを用いたラマン
    スペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対す
    る1360cm-1のピーク強度比が0.5〜2.0であ
    り、かつ真密度が1.4〜2.2g/cm3 である液相
    炭化物の微粒子を負極活物質として用いたことを特徴と
    するリチウム二次電池。
JP3292453A 1991-10-11 1991-10-11 リチウム二次電池 Pending JPH05109408A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001176516A (ja) * 1999-12-15 2001-06-29 Sumitomo Chem Co Ltd リチウム二次電池用正極合剤ペーストおよびリチウム二次電池
KR100814817B1 (ko) * 2007-01-18 2008-03-20 삼성에스디아이 주식회사 카바이드 유도 탄소 구조체를 포함하는 리튬 전지, 연료전지, 및 수소 저장체
US9899665B2 (en) 2008-07-30 2018-02-20 Sumitomo Chemical Company, Limited Sodium secondary battery comprising carbonaceous material

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JP4649692B2 (ja) * 1999-12-15 2011-03-16 住友化学株式会社 リチウム二次電池用正極合剤ペーストおよびリチウム二次電池
KR100814817B1 (ko) * 2007-01-18 2008-03-20 삼성에스디아이 주식회사 카바이드 유도 탄소 구조체를 포함하는 리튬 전지, 연료전지, 및 수소 저장체
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Effective date: 20010405