JPH05174811A - 非水系電池用電極及び非水系電池 - Google Patents

非水系電池用電極及び非水系電池

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JPH05174811A
JPH05174811A JP3355833A JP35583391A JPH05174811A JP H05174811 A JPH05174811 A JP H05174811A JP 3355833 A JP3355833 A JP 3355833A JP 35583391 A JP35583391 A JP 35583391A JP H05174811 A JPH05174811 A JP H05174811A
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JP
Japan
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positive electrode
battery
electrode
conductive agent
negative electrode
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JP3355833A
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English (en)
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Seiji Yoshimura
精司 吉村
Masatoshi Takahashi
昌利 高橋
Hiroshi Watanabe
浩志 渡辺
Ryuji Oshita
竜司 大下
Ikurou Nakane
育朗 中根
Yoshihiro Shoji
良浩 小路
Sanehiro Furukawa
修弘 古川
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • 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
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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】活物質と、導電剤としての炭素粉末と、結着剤
とからなる正極合剤を集電体に固着させてなる非水系電
池用電極であって、前記正極合剤として前記導電剤を
0.1〜1.0重量%含有するものが使用されてなる。 【効果】活物質の利用率が高いため、放電容量が大き
く、電池交換或いは充電を頻繁に行う必要がないので、
時計やメモリバックアップなどの電源に使用する電池と
して好適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水系電池用電極及び
それを用いてなる非水系電池に係わり、詳しくは活物質
と導電剤と結着剤とからなる正極合剤の好適な導電剤含
有率の選定に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】非水系
電池の正極活物質としては、LiNiO2 、LiCoO
2 等の金属酸化物やTiS2 、MoS2 等の金属硫化物
を結着剤にて一体化させたものが使用されているが、こ
れらは導電性が低いため、導電剤が添加されて正極合剤
として使用されている。
【0003】すなわち、非水系電池の正極は、先ず粒状
の活物質と、導電剤としての炭素粉末とを、結着剤と混
練して正極合剤を作製し、次いでこの正極合剤を集電体
(芯体)に圧延等の手段により固着させることにより作
製されている。
【0004】ところで、従来の非水系電池における正極
合剤の導電剤含有率は、一般的に、3〜10重量%の範
囲内である。導電剤含有率がこの範囲内で選択されてい
る理由は、3重量%未満であると、導電性が乏しいため
高率放電すなわち一時に大きな電流を取り出すことが難
しくなり、また10重量%を越えると、導電剤の増量と
ともに充填し得る活物質の量が減少するため電池容量が
低下してしまうからである。
【0005】この従来の非水系電池は、導電剤含有率が
高いので高率放電特性に優れており、8ミリビデオや携
帯用ヘッドホンステレオなど、大電流を取り出す必要の
ある機器の電源としては好適であるが、放電容量があま
り大きくないため、これをたとえば小さな電流で長時間
使用し得ることが必要とされる時計やメモリバックアッ
プ用の電源として用いた場合は、電池交換或いは充電を
頻繁に行わなければならないという問題があった。
【0006】そこで、このような小電流で長時間使用す
る用途に適した非水系電池の開発を企図して鋭意研究し
た結果、本発明者らは、小電流での放電(低率放電)に
おいては、上記範囲の下限値3重量%よりも少ない導電
剤含有率のところに、大きな放電容量を発現させ得る領
域が存在することを見出した。
【0007】本発明は、かかる知見に基づきなされたも
のであって、その目的とするところは、放電容量が大き
く、小電流で長時間使用する用途の電池として好適な非
水系電池用電極及びそれを用いてなる非水系電池を提供
するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る非水系電池用電極(以下、「本発明に係
る電極」と略称する)は、活物質と、導電剤としての炭
素粉末と、結着剤とからなる正極合剤を集電体に固着さ
せてなる非水系電池用電極であって、前記正極合剤とし
て前記導電剤を0.1〜1.0重量%含有するものが使
用されていることを特徴とする。
【0009】本発明における正極合剤は、導電剤として
の炭素粉末を0.1〜1.0重量%含有するものであ
る。炭素粉末としては、アセチレンブラック、カーボン
ブラック、ケッチェンブラックが例示される。
【0010】このように導電剤含有率を特定範囲内に選
定した理由は、この範囲内の導電剤含有率の場合に放電
容量の最も大きい電池が得られることを見出したことに
よるものである。この事実は、後述する実施例において
明らかにされる。
【0011】導電剤含有率が上記範囲内の場合に放電容
量の大きい電池が何故得られるのかについては、本発明
者らにおいても必ずしも明らかではないが、導電剤含有
率が上記範囲内にある場合は、活物質同士の接触抵抗が
導電剤の添加により小さくなるため正極の電流分布が均
一となり、その結果活物質の利用率が向上するのに対し
て、導電剤含有率が0.1重量%未満であると、導電剤
の量が少な過ぎるため正極の電流分布が未だ不均一であ
りその結果活物質の利用率がさほど向上せず、また導電
剤含有率が1.0重量%を越えて過剰になると、電極反
応が対極側に位置する活物質と非水系電解質との接触界
面において集中的に行われるようになり、0.1重量%
未満の場合と同様に、活物質の利用率が低下してしまう
ためと推察される。
【0012】本発明に係る電極は、このように正極合剤
の導電剤含有率が上述した特定の範囲内にあることを特
徴とするものであり、その他の電極構成については特に
限定されず、従来この種の電極に使用されている種々の
部材を適宜選択して使用することができる。
【0013】たとえば、本発明に係る電極をリチウム電
池の正極として使用する場合の活物質としては、金属酸
化物(MnO2 、改質MnO2 、重質化MnO2 、Li
含有MnO2 、MoO2 、CuO、Cr2 3 、CrO
3 、V2 5 、LiCoO2 、LiNiO2 、NiOO
Hなど)、金属硫化物(FeS、TiS2 、又はMoS
2 など)、金属セレン化物(TiSe2 など)、Mn、
Co、Ni、V、Cr、Cu及びTiよりなる群から選
ばれた少なくとも二種の金属の複合酸化物が例示され
る。
【0014】また、この場合の結着剤としては、PTF
E(ポリテトラフルオロエチレン)、PVdF(ポリ二
フッ化ビニリデン)等のフッ素樹脂が例示され、さらに
集電体としては、アルミニム製の箔やラス板、ステンレ
ス板が例示される。
【0015】本発明に係る電極は、これらの活物質、導
電剤及び結着剤を混練して正極合剤とした後、この正極
合剤を集電体に圧延して、たとえば50〜250°C程
度の温度で2時間程度真空熱処理することにより作製さ
れる。
【0016】本発明に係る電極を正極としてリチウム電
池を作製する場合の負極材料としては、炭素材料(黒
鉛、コークスなど)、WO3 、Fe2 5 、Nb2 5
等の金属酸化物、リチウム合金などのリチウムを吸蔵放
出可能な材料、及び、リチウム金属が例示される。
【0017】このリチウム電池の負極は、たとえば炭素
材料や金属酸化物を、常法により、結着剤と混練した
後、銅、ニッケル、ステンレス等の集電体に圧延し、5
0〜250°C程度の温度で2時間程度真空熱処理する
ことにより作製される。なお、金属酸化物を用いる場合
は、導電剤を添加する必要がある。
【0018】セパレータについても、特に制限されず、
ポリプロピレン、ポリエチレンなどからなる微孔性薄膜
など、非水系電池用として従来使用されている種々のセ
パレータを用いることができる。
【0019】非水系電解質についても、特に制限され
ず、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
1,2−ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート等の溶媒又はこれらと1,2
−ジメトキシエタン等の低沸点溶媒との混合溶媒にLi
PF6 、LiClO4 等の溶質を溶かした溶液など、種
々の液体電解質を用いることができる。
【0020】上記した液体電解質に代えて、LiI(ヨ
ウ化リチウム)や、リチウム塩をポリエチレンオキシド
(PEO)に溶かしたもの等の固体電解質を用いるよう
にすれば、これをセパレータに兼用することができるた
め、電池のエネルギー密度を高めることができるととも
に、オールソリッドステート化により液漏れのない、メ
ンテナンスフリーの電池が得られるので、信頼性の点で
有利である。
【0021】その他、本発明に係る電極は水素吸蔵合金
電極電池の正極としても使用することができる。その場
合の正極活物質としては、MnO2 、NiOOHが例示
される。また、水素吸蔵合金電極電池においても、非水
系電解質として、水素イオン(プロトン)導電性のタン
グスト燐酸(H3 12PO40・nH2 O)、モリブト燐
酸(H3 Mo12PO40・nH2 O)等の固体電解質を用
いるようにすれば、これをセパレータに兼用することが
できるため、上述のリチウム電池においてLiIを用い
た場合と同様の利点がある。
【0022】
【作用】本発明に係る電極においては、正極合剤として
適量の導電剤を含有したものが使用されているので、正
極の電流分布が均一化し、活物質の利用率が向上する。
【0023】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【0024】(製造例1) 〔正極の作製〕MnO2 及びアセチレンブラックの総量
96重量部に対して、結着剤としてのフッ素樹脂を4重
量部の比率で混練して、アセチレンブラックの含有率の
みが異なる15種の正極合剤を得た。この15種の正極
合剤のアセチレンブラック含有率すなわち導電剤含有率
(%)は、0、0.01、0.02、0.04、0.0
7、0.1、0.2、0.4、0.7、1.0、2.
0、4.0、7.0、10.0、20.0である。次い
で、それぞれの正極合剤を集電体としてのフェライト系
ステンレス(SUS430)製のラス板に圧延し、25
0°Cで2時間真空熱処理して導電剤含有率の異なる1
5種の正極を作製した。
【0025】〔負極の作製〕リチウム金属板を、集電体
としての上記と同じステンレス製のラス板に圧延し、2
50°Cで2時間真空下で熱処理して負極を作製した。
【0026】〔非水系電解液の調製〕プロピレンカーボ
ネートと1,2−ジメトキシエタンとの体積比1:1の
混合溶媒に、LiClO4 を1モル/リットル溶かして
非水系電解液を調製した。
【0027】〔非水系一次電池の作製〕上記正負両極、
セパレータ、負極缶などで電池本体を構成し、これに上
記非水系電解液を注液して15種の扁平型の非水系一次
電池(電池寸法:直径20.0mm、高さ:2.5m
m)を作製した。なお、セパレータとしては、いずれも
ポリプロピレン製の微孔性薄膜を用いた。
【0028】図1は製造例1で作製した扁平型電池の断
面図であり、扁平型電池BA1は、正極1、負極2、こ
れら両電極を離隔するセパレータ3、正極缶4、負極缶
5、正極集電体6、負極集電体7及びポリプロピレン製
の絶縁パッキング8などからなる。正極1及び負極2
は、非水系電解液を含浸したセパレータ3を介して対向
して正負両極缶4、5が形成する電池ケース内に収容さ
れており、正極1は正極集電体6を介して正極缶4に、
また負極2は負極集電体7を介して負極缶5に接続さ
れ、電池BA1内部で生じた化学エネルギーを正極缶4
及び負極缶5の両端子から電気エネルギーとして外部へ
取り出し得るようになっている。
【0029】図2は、製造例1で作製した15種の電池
の放電容量と正極合剤の導電剤含有率との関係を、縦軸
に放電容量(mAh)を、横軸に導電剤含有率(重量
%)をとって示したグラフである。なお、横軸は対数目
盛である。また、放電は、0.5mA/cm2 の電流密
度で行った。同図より、正極合剤の導電剤含有率が0.
1〜1.0重量%の場合に、最も大きな放電容量が得ら
れることが分かる。
【0030】(製造例2)非水系電解液に代えて、ポリ
エチレンオキシド100重量部に、トリフルオロメタン
スルホン酸リチウムを5重量部の比率で混合してなる固
体電解質を使用したこと以外は実施例1と同様にして、
15種の扁平型非水系一次電池を作製した。
【0031】図3は、製造例2で作製した15種の電池
の放電容量と正極合剤の導電剤含有率との関係を、図2
と同様のグラフに示したものである。なお、放電は、
0.5mA/cm2 の電流密度で行った。同図より、固
体電解質を使用した場合も液体電解質を使用した場合と
同様に、正極合剤の導電剤含有率が0.1〜1.0重量
%の場合に、最も大きな放電容量が得られることが分か
る。
【0032】叙上の実施例では本発明に係る電極を扁平
型の非水系電池の正極に適用する場合の具体例について
説明したが、電池の形状に特に制限はなく、本発明に係
る電極は円筒型、角型など、種々の形状の非水系電池に
適用し得るものである。また、実施例では一次電池を例
にして説明したが、本発明に係る電極は、一次、二次を
問わず広く非水系電池の正極として使用し得るものであ
る。
【0033】
【発明の効果】本発明に係る電極は、非水系電池の正極
に使用した場合、活物質の利用率が高いため、放電容量
が大きく、電池交換或いは充電を頻繁に行う必要がない
ので、時計やメモリバックアップなどの電源に使用する
電池として好適であるなど、本発明は優れた特有の効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】扁平型電池の断面図である。
【図2】放電容量と導電剤含有率との関係を示すグラフ
である。
【図3】放電容量と導電剤含有率との関係を示すグラフ
である。
【符号の説明】
BA1 扁平型電池 1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 正極缶 5 負極缶 6 正極集電体 7 負極集電体 8 絶縁パッキング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大下 竜司 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 中根 育朗 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 小路 良浩 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 古川 修弘 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活物質と、導電剤としての炭素粉末と、結
    着剤とからなる正極合剤を集電体に固着させてなる非水
    系電池用電極であって、前記正極合剤として前記導電剤
    を0.1〜1.0重量%含有するものが使用されている
    ことを特徴とする非水系電池用電極。
  2. 【請求項2】前記活物質は、金属酸化物、金属硫化物、
    金属セレン化物、又は、Mn、Co、Ni、V、Cr、
    Cu及びTiよりなる群から選ばれた少なくとも二種の
    金属の複合酸化物である請求項1記載の非水系電池用電
    極。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の電極を正極とする非
    水系電池。
JP3355833A 1991-12-20 1991-12-20 非水系電池用電極及び非水系電池 Pending JPH05174811A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998040919A1 (en) * 1997-03-11 1998-09-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Secondary battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998040919A1 (en) * 1997-03-11 1998-09-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Secondary battery
US6114065A (en) * 1997-03-11 2000-09-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Secondary battery

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