JPH05275083A - リチウム電池 - Google Patents

リチウム電池

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JPH05275083A
JPH05275083A JP4071577A JP7157792A JPH05275083A JP H05275083 A JPH05275083 A JP H05275083A JP 4071577 A JP4071577 A JP 4071577A JP 7157792 A JP7157792 A JP 7157792A JP H05275083 A JPH05275083 A JP H05275083A
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lithium battery
lithium
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Masaharu Kamauchi
正治 鎌内
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高起電力、高エネルギー密度を有するリチウ
ム電池を提供する。 【構成】 Li+ 挿入型の正極と、金属リチウムまたはそ
の合金よりなる負極と、電解質とで構成されるリチウム
電池であって、Li+ 挿入型材料に中空状炭素分子を配合
して正極としたことを特徴とする。 【効果】 電池の放電容量が従来のものに比べて高容量
化され、さらに、充放電の繰り返しによっても放電容量
の低下が見られず、サイクル劣化がほとんど見られな
い、高起電力、高エネルギー密度を有する一次または二
次リチウム電池が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム一次電池およ
びリチウム二次電池に関し、詳しくはリチウムイオンが
Li+ 挿入型の正極材中に入りやすい構成とした高起電
力、高エネルギー密度を有するリチウム電池に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム電池は、使用温度範囲が広く、
放電電圧が安定で、自己放電率が極めて小さいという数
々の長所を有する高エネルギー密度電池として知られて
いる。このリチウム電池は、マンガン酸化物、バナジウ
ム酸化物等のLi+ 挿入型材料を正極材、金属リチウムを
負極材として、正極および負極の間に有機溶媒に溶解し
た塩類を電解質として介在させた構成とするものであ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記構成のリチウム電
池では、正極材の導電性を向上させるために、通常Li+
挿入型材料にアセチレンブラックやケッチェンブラック
等の導電材料を混合している。しかしながら、正極材に
導電材料が混合されると、正極活物質であるLi+ 挿入型
材料の量が減少し、これに伴い正極活物質内に入るLi+
イオン量が減少するのでリチウム電池の電気容量が低下
する欠点がある。
【0004】本発明の目的は、上記の如き欠点を解消
し、高起電力、高エネルギー密度を有するリチウム電池
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明のリチウム
電池は、Li+ 挿入型の正極と、金属リチウムまたはその
合金よりなる負極と、電解質とで構成されるリチウム電
池であって、Li+ 挿入型材料に中空状炭素分子を配合し
て正極としたことを特徴とする。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。図1はリ
チウム電池の構成を示す模式図である。同図において、
Dはリチウム電池で、正極2と負極1との間にセパレー
タ3を介在させ、上記正極2の外側面に圧着した集電体
5aに接する正極缶7と、負極1の外側面に圧着した集
電体5bに接する負極キャップ6とを絶縁体8で封止し
た構成となっている。
【0007】上記正極2は、中空状炭素分子を配合した
Li+ 挿入型材料から作製される。このLi+ 挿入型材料と
しては、二酸化マンガン,λ−MnO2,LiMn3O6 等のマン
ガン酸化物、五酸化バナジウム,八酸化三バナジウム,
七酸化三バナジウム等のバナジウム酸化物,Lix CoO2
二酸化モリブデン,二硫化チタン,二硫化モリブデン等
の公知の材料が好適に使用できる。
【0008】本発明では、上記Li+ 挿入型材料に導電性
を付与するとともに、Li+ イオンを挿入することが可能
な中空状炭素分子を配合することを特徴とするものであ
る。この中空状炭素分子は、分子式Cn (n≧60)で
表され、図2で示すように、炭素同志が結合して閉じた
系をなす構造を有するもので、フラーレンと称されてい
る。図2(a)は、C60のフラーレン、(b)は、C70
のフラーレンの構造を示すものである。
【0009】本発明では、上記分子式を満足し、かつ、
炭素同志が結合して閉じた系を形成した構造を有する中
空状炭素分子(以下、フラーレンという)であればいず
れも使用できるが、とくに図2で示す炭素数60,70
を有するものが好適に使用できる。
【0010】このフラーレンは、Li+ 挿入型材料100
重量部に対して、5〜100重量部、好ましくは10〜
70重量部、より好ましくは20〜50重量部配合され
る。フラーレンの配合量が、5重量部未満の場合、導電
性が著しく小さくなり、かつ、サイクル特性が低く好ま
しくない。また、100重量部を越えると、放電容量が
小さくなって好ましくない。
【0011】また、本発明では上記フラーレンとして、
炭素原子数が異なる2種以上のものを組み合わせて使用
することもできる。さらに、アセチレンブラックやケッ
チェンブラック等の導電材料と組み合わせて使用するこ
ともできる。
【0012】また、上記Li+ 挿入型材料には、正極の成
形性を向上させるために、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリエチレン等の粘着剤を配合する。この粘着剤の
配合量は、Li+ 挿入型材料100重量部に対して、1〜
20重量部、好ましくは3〜15重量部である。この粘
着剤の配合量が、1重量部未満であると、成形が困難と
なり、20重量部を越えると、電池の容量が小さくなっ
て好ましくない。
【0013】本発明では、負極1として、金属リチウム
またはリチウム合金を使用する。なお、前記正極材料お
よび上記負極材は、圧縮成形、ロール成形等の適当な方
法で適当な形状、大きさに成形されてリチウム電池Dの
負極1および正極2として使用される。
【0014】本発明では、電解質として塩類を有機溶媒
に溶解させた電解液や固体電解質を使用する。電解質が
電解液の場合、この塩類としては、LiClO4,LiBF4,LiP
F6,LiAsF6,LiCF 3SO3,LiAlCl4,Li(CF3SO2)2N 等が使用で
き、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,
ジメチルスルホキシド,スルホラン,γ−ブチロラクト
ン,1,2−ジメトキシエタン,N,N−ジメチルホル
ムアミド,テトラヒドロフラン,1,3−ジオキソラ
ン,2−メチルテトラヒドロフラン,ジエチルエーテル
およびこれらの混合物等の有機溶媒に溶解させて濃度
0.1〜3mol/リットルに調製して使用される。さら
に、正極と負極との間にはポリマーやガラスフィルタの
ような多孔性フィルムが使用され、電解液が含浸され
る。
【0015】電解質が固体電解質の場合、上記塩類をポ
リエチレンオキシド,ポリプロピレンオキシド,ポリホ
スファゼン,ポリアジリジン,ポリエチレンスルフィド
等やこれらの誘導体、混合物、複合体等に混合して使用
される。この固体電解質は、正極と負極とのセパレータ
を兼ねる。本発明では、正極,セパレータ(あるいは固
体電解質),負極等をロール状に巻く構成とすると、さ
らに高容量のリチウム二次電池を製造できる。
【0016】
【作用】上記構成によれば、Li+ 挿入型の正極材中に中
空状炭素分子を配合したので、Li+ 挿入型材料の導電性
が向上するとともに、Li+ 挿入型材料中に入るLi+ イオ
ン量が多くなる。したがって、リチウム電池の起電力が
高くなるとともに、エネルギー密度が高くなる。
【0017】
【実施例】以下、実施例を示し本発明をより具体的に説
明する。なお、本発明がこれに限定されるものでないこ
とは言うまでもない。 実施例1 図1は、本発明の一実施例を示すリチウム電池の模式図
である。同図において、Dはリチウム電池で、以下に説
明する正極2と、負極1との間に多孔性フィルムに電解
液を含浸させたセパレータ3を介在させた構成としたも
のである。
【0018】(正極2の作製)電解二酸化マンガンを空
気雰囲気中、360℃×5時間の熱処理を行い、脱水電
解二酸化マンガンとし、これを正極活物質とした。この
脱水電解二酸化マンガン75mg,C60で表される中空状
炭素分子(商品名カーボンクラスター 真空冶金社製)
25mgおよびポリテトラフルオロエチレン10mgとを乳
鉢で60分間十分に混合した。この混合物を孔径20.
0mmのダイスを用いて、圧力5000Kg/cm2 でニッケ
ルメッシュ上に1.0mm厚さを有する円板状物を成形し
て、片面にニッケルメッシュ5を圧着した正極2を作製
した。
【0019】(負極1の作製)金属リチウムシートを直
径20.0mmに打ち抜き、片面にニッケルメッシュ5を
圧着した1.0mm厚さを有する円板状物として、金属リ
チウム製負極1を作製した。
【0020】(電解液の調製)含水量を50ppm 以下に
調製した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の混合物に、1mol /リットル
の過塩素酸リチウムを溶解して電解液を調製した。
【0021】(セパレータの作製)ついで、直径25.
0mmに打ち抜いた厚さ0.5mmの円板状多孔性ポリプロ
ピレンフィルムを作製してセパレータ3とした。
【0022】上記の正極2、負極1およびセパレータ3
を図1に示す構成に組立て、上記正極2にはステンレス
製正極缶7を、負極1にはステンレス製負極キャップ6
をそれぞれ取り付け、電解液を容器内に注入した後、ガ
スケット8で封止してリチウム電池Dを作製した。この
リチウム電池Dの起電力を二端法で測定したところ3.
5Vであった。上記リチウム電池Dを0.5mA/cm2
電流で、上限電圧3.5V,下限電圧2Vに設定して充
放電を繰り返した。サイクル数10回目の放電容量は1
2.0mAh であった。さらに100回目の放電容量を測
定したところ、上記10回目の放電容量とほぼ同数値を
示し、良好なサイクル特性を示した。
【0023】比較例1 上記実施例1において、中空状炭素分子にかえてアセチ
レンブラックを用いてリチウム電池を作製した。このリ
チウム電池を実施例1と同様に充放電を繰り返したとこ
ろ、サイクル数10回目の放電容量は9.0mAh であっ
た。さらに充放電を繰り返したが、サイクル数の増加と
ともに放電容量の低下が見られ、100回目の放電容量
は4.3mAh で約50%低下した。
【0024】実施例2〜3および比較例2〜3 実施例1の方法において、正極形成組成物を表1に示す
内容にかえた以外は、すべて同じ方法を行いリチウム電
池を作製した。この結果、各リチウム電池の起電力、サ
イクル特性は、表1に記載の通りであった。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のリチウム
電池は、電池の放電容量が従来のものに比べて高容量化
され、さらに、充放電の繰り返しによっても放電容量の
低下が見られず、サイクル劣化がほとんど見られない優
れたものである。したがって、本発明によって、高起電
力、高エネルギー密度を有する一次リチウム電池または
二次リチウム電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すリチウム電池の模式図
である。
【図2】本発明で使用する中空状炭素分子の構造を示す
図である。
【符号の説明】
1 負極 2 正極 3 セパレータ 5a,5b 集電体 6 負極キャップ 7 正極缶 8 絶縁体 D リチウム電池

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Li+ 挿入型の正極と、金属リチウムまた
    はその合金よりなる負極と、電解質とで構成されるリチ
    ウム電池であって、Li+ 挿入型材料に中空状炭素分子を
    配合して正極としたことを特徴とするリチウム電池。
  2. 【請求項2】 中空状炭素分子が、分子式Cn (n≧6
    0)で表され、かつ、炭素同志が結合して閉じた系をな
    す構造を有するものである請求項1記載のリチウム電
    池。
  3. 【請求項3】 正極が、Li+ 挿入型材料100重量部に
    対し中空状炭素分子を5〜100重量部配合して形成さ
    れたものである請求項1記載のリチウム電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004040678A1 (ja) * 2002-10-31 2004-05-13 Mitsubishi Chemical Corporation リチウム二次電池用正極材料の添加剤、リチウム二次電池用正極材料、並びに、このリチウム二次電池用正極材料を用いた正極及びリチウム二次電池
KR100733753B1 (ko) * 2002-10-04 2007-06-29 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 리튬 이차 전지용 전극 재료의 첨가제, 리튬 이차 전지용네거티브 전극 재료, 및 이 리튬 이차 전지용 네거티브전극 재료를 이용하는 전극 및 리튬 이차 전지
US7879260B2 (en) 2002-10-04 2011-02-01 Mitsubishi Chemical Corporation Additive for anode material for lithium secondary battery, anode material for lithium secondary battery, anode and lithium secondary battery using the anode material for lithium secondary battery

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