JPH05275118A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
- Publication number
- JPH05275118A JPH05275118A JP4101881A JP10188192A JPH05275118A JP H05275118 A JPH05275118 A JP H05275118A JP 4101881 A JP4101881 A JP 4101881A JP 10188192 A JP10188192 A JP 10188192A JP H05275118 A JPH05275118 A JP H05275118A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- thin film
- secondary battery
- battery
- porous thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 リチウム二次電池のサイクル特性の向上を図
る。 【構成】 正極と、イオン伝導性電解質と、負極として
金属リチウムを用いるリチウム二次電池において、負極
である金属リチウムの表面に絶縁性の多孔質薄膜を設け
る。
る。 【構成】 正極と、イオン伝導性電解質と、負極として
金属リチウムを用いるリチウム二次電池において、負極
である金属リチウムの表面に絶縁性の多孔質薄膜を設け
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はリチウム二次電池に関す
るもので、さらに詳しく言えば、負極としての金属リチ
ウムとイオン伝導性電解質との界面の改良に関するもの
である。
るもので、さらに詳しく言えば、負極としての金属リチ
ウムとイオン伝導性電解質との界面の改良に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】最近のマイクロエレクトロニクス化の進
展により、各種電子機器内に収納される電池は、メモリ
ーバックアップ用電源に代表されるように、エレクトロ
ニクス素子や電子回路との一体化が望まれるようにな
り、小型、軽量、薄型であって、高エネルギー密度を有
する電池が要望されるようになってきている。
展により、各種電子機器内に収納される電池は、メモリ
ーバックアップ用電源に代表されるように、エレクトロ
ニクス素子や電子回路との一体化が望まれるようにな
り、小型、軽量、薄型であって、高エネルギー密度を有
する電池が要望されるようになってきている。
【０００３】このような電池は、リチウム一次電池のよ
うな一次電池の分野においては実用化されているもの
の、その用途分野は限られているため、従来からの鉛蓄
電池やニッケル−カドミウム蓄電池に代わる二次電池と
して、より小型、軽量化が可能な非水電解液を用いた二
次電池が注目され、多くの研究機関で研究がなされてい
るが、電極活物質のサイクル特性や自己放電特性などの
点において満足しうるものではないのが現状である。
うな一次電池の分野においては実用化されているもの
の、その用途分野は限られているため、従来からの鉛蓄
電池やニッケル−カドミウム蓄電池に代わる二次電池と
して、より小型、軽量化が可能な非水電解液を用いた二
次電池が注目され、多くの研究機関で研究がなされてい
るが、電極活物質のサイクル特性や自己放電特性などの
点において満足しうるものではないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した特性の点で問
題になることは、負極活物質であるリチウムが、充電時
に負極表面に樹枝状に成長することにより正極と接して
電池内部で短絡を生じたり、あるいはモッシー状に析出
することにより脱落等を生じ、その結果充放電サイクル
がきわめて短くなるということである。これは、放電時
にリチウムがイオンとなって溶出すると、負極表面が凹
凸状になってその後の充電時にリチウムが凸部に集中的
に析出する傾向があるためである。こうして析出したリ
チウムは表面積が大きな微粒子状であるため、活性度が
高く、有機電解液と反応して電解液を分解し、電解質を
劣化させてサイクル特性の低下の原因になる。
題になることは、負極活物質であるリチウムが、充電時
に負極表面に樹枝状に成長することにより正極と接して
電池内部で短絡を生じたり、あるいはモッシー状に析出
することにより脱落等を生じ、その結果充放電サイクル
がきわめて短くなるということである。これは、放電時
にリチウムがイオンとなって溶出すると、負極表面が凹
凸状になってその後の充電時にリチウムが凸部に集中的
に析出する傾向があるためである。こうして析出したリ
チウムは表面積が大きな微粒子状であるため、活性度が
高く、有機電解液と反応して電解液を分解し、電解質を
劣化させてサイクル特性の低下の原因になる。
【０００５】この対策として、特開昭５２−５４２３号
公報などに示されるように、負極にリチウム合金を用い
ることが提案されている。しかしながら、リチウム−ア
ルミニウム合金に代表されるように、合金の強度が十分
でないため、充放電の繰り返しによって電極の割れや微
細化を生じてサイクル特性の向上に至っていないのが現
状である。また、リチウム−アルミニウム合金以外のリ
チウム合金でも同様である。
公報などに示されるように、負極にリチウム合金を用い
ることが提案されている。しかしながら、リチウム−ア
ルミニウム合金に代表されるように、合金の強度が十分
でないため、充放電の繰り返しによって電極の割れや微
細化を生じてサイクル特性の向上に至っていないのが現
状である。また、リチウム−アルミニウム合金以外のリ
チウム合金でも同様である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
に鑑みてなされたもので、イオン伝導性電解質を用いた
電池において、長期信頼性および安全性の高い、高性
能、高エネルギー密度を有する小型軽量二次電池を提供
することを目的とし、正極と、イオン伝導性電解質と、
負極として金属リチウムを用いるリチウム二次電池にお
いて、該金属リチウム表面に絶縁性の多孔質薄膜を設け
たことを特徴とするものである。
に鑑みてなされたもので、イオン伝導性電解質を用いた
電池において、長期信頼性および安全性の高い、高性
能、高エネルギー密度を有する小型軽量二次電池を提供
することを目的とし、正極と、イオン伝導性電解質と、
負極として金属リチウムを用いるリチウム二次電池にお
いて、該金属リチウム表面に絶縁性の多孔質薄膜を設け
たことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】従って、本発明は、金属リチウム表面に絶縁性
の多孔質薄膜を設けているので、放電時には薄膜の細孔
からリチウムイオンが溶出し、充電時には金属リチウム
表面の多孔質薄膜の絶縁性によって細孔の表面でリチウ
ムが析出し、その析出の際に成長するデンドライトも細
孔中に留まるだけで正極と接して短絡に至ることはな
い。
の多孔質薄膜を設けているので、放電時には薄膜の細孔
からリチウムイオンが溶出し、充電時には金属リチウム
表面の多孔質薄膜の絶縁性によって細孔の表面でリチウ
ムが析出し、その析出の際に成長するデンドライトも細
孔中に留まるだけで正極と接して短絡に至ることはな
い。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の詳細について、実施例により
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００９】図１は、本発明のリチウム二次電池の断面
図で、以下の手順により作製したものである。まず、電
池の正極活物質としての五酸化バナジウムと導電剤とし
てのアセチレンブラックとを８５：１５の重量比率で混
合し、結着剤および溶剤を混練して正極２としたもの
を、ステンレスの表面に導電性カーボン被膜を形成した
正極集電体１上にキャストする。
図で、以下の手順により作製したものである。まず、電
池の正極活物質としての五酸化バナジウムと導電剤とし
てのアセチレンブラックとを８５：１５の重量比率で混
合し、結着剤および溶剤を混練して正極２としたもの
を、ステンレスの表面に導電性カーボン被膜を形成した
正極集電体１上にキャストする。
【００１０】次に、電池の負極活物質として金属リチウ
ム５を用い、これをステンレスからなる負極集電体７上
に圧着する。
ム５を用い、これをステンレスからなる負極集電体７上
に圧着する。
【００１１】次に、前記金属リチウム５上に、本発明の
絶縁性多孔質薄膜４を形成するため、蒸着によってポリ
プロピレンの被膜を形成する。この絶縁性多孔質薄膜４
としては、イオン伝導性、電子電導性を持たない多孔質
薄膜であれば特に限定するものではないが、ポリプロピ
レン以外に、ポリエチレンやポリアミドなどのように真
空蒸着やプラズマ重合などの手段によって金属リチウム
５の表面上に多孔質の被膜が形成できるものであればよ
い。
絶縁性多孔質薄膜４を形成するため、蒸着によってポリ
プロピレンの被膜を形成する。この絶縁性多孔質薄膜４
としては、イオン伝導性、電子電導性を持たない多孔質
薄膜であれば特に限定するものではないが、ポリプロピ
レン以外に、ポリエチレンやポリアミドなどのように真
空蒸着やプラズマ重合などの手段によって金属リチウム
５の表面上に多孔質の被膜が形成できるものであればよ
い。
【００１２】そして、前記絶縁性多孔質薄膜４を形成し
た金属リチウム５の表面上にイオン伝導性高分子化合物
層３を形成するため、エチレンオキシドユニットを含む
ポリエーテルトリオール（分子量：３０００）３０重量
部に、六フッ化砒素酸リチウム６重量部、エチレンカー
ボネート３２重量部およびプロピレンカーボネート３２
重量部と、メチレンジフェニレンジイソシアナート４重
量部およびジブチルチンジアセテート０．４重量部とを
加えて十分混合した後、前記金属リチウム／絶縁性多孔
質薄膜上にキャストし、固体電解質層とする。
た金属リチウム５の表面上にイオン伝導性高分子化合物
層３を形成するため、エチレンオキシドユニットを含む
ポリエーテルトリオール（分子量：３０００）３０重量
部に、六フッ化砒素酸リチウム６重量部、エチレンカー
ボネート３２重量部およびプロピレンカーボネート３２
重量部と、メチレンジフェニレンジイソシアナート４重
量部およびジブチルチンジアセテート０．４重量部とを
加えて十分混合した後、前記金属リチウム／絶縁性多孔
質薄膜上にキャストし、固体電解質層とする。
【００１３】さらに、前記正極集電体１上にキャストさ
れた正極２を、前記イオン伝導性高分子化合物層３が形
成された金属リチウム５上に接触させて本発明のリチウ
ム二次電池とする。なお、図１において、６は変性ポリ
プロピレンからなる封口剤である。
れた正極２を、前記イオン伝導性高分子化合物層３が形
成された金属リチウム５上に接触させて本発明のリチウ
ム二次電池とする。なお、図１において、６は変性ポリ
プロピレンからなる封口剤である。
【００１４】上記した本発明のリチウム二次電池と、金
属リチウム５上に直接イオン伝導性高分子化合物層３を
形成した従来電池とについて、そのサイクル特性を調査
するため、０．２ｍＡ／ｃｍ2 の定電流で充放電サイク
ル試験を行い、その結果を図２に示す。なお、試験条件
は、充電終止電圧を３. ２Ｖ、放電終止電圧を２. ０Ｖ
とした。
属リチウム５上に直接イオン伝導性高分子化合物層３を
形成した従来電池とについて、そのサイクル特性を調査
するため、０．２ｍＡ／ｃｍ2 の定電流で充放電サイク
ル試験を行い、その結果を図２に示す。なお、試験条件
は、充電終止電圧を３. ２Ｖ、放電終止電圧を２. ０Ｖ
とした。
【００１５】図２からわかるように、絶縁性多孔質薄膜
４を金属リチウム５上に蒸着した本発明電池は、従来電
池と比較して充放電サイクル特性が優れていることがわ
かる。また、従来電池は、本発明電池と比較して充放電
サイクル試験中に内部短絡などによって不良になるもの
が多く、３０個製作したもののうち、８個が試験中に不
良になった。このことは、従来電池は、リチウムのデン
ドライトの成長反応が速いために、リチウムのデンドラ
イトの枯渇やリチウムのデンドライトによる内部短絡が
原因で不良になったと考えられる。
４を金属リチウム５上に蒸着した本発明電池は、従来電
池と比較して充放電サイクル特性が優れていることがわ
かる。また、従来電池は、本発明電池と比較して充放電
サイクル試験中に内部短絡などによって不良になるもの
が多く、３０個製作したもののうち、８個が試験中に不
良になった。このことは、従来電池は、リチウムのデン
ドライトの成長反応が速いために、リチウムのデンドラ
イトの枯渇やリチウムのデンドライトによる内部短絡が
原因で不良になったと考えられる。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、金属リチウム表面に絶縁性多孔質薄膜を設けること
で、充電時のリチウムのデンドライトの成長が抑制され
るので、内部短絡によるサイクル特性の低下をなくすこ
とができる。
は、金属リチウム表面に絶縁性多孔質薄膜を設けること
で、充電時のリチウムのデンドライトの成長が抑制され
るので、内部短絡によるサイクル特性の低下をなくすこ
とができる。
【図１】本発明のリチウム二次電池の断面図である。
【図２】本発明電池と従来電池とのサイクル特性を比較
した図である。
した図である。
１ 正極集電体 ２ 正極 ３ イオン伝導性高分子化合物層 ４ 絶縁性多孔質薄膜 ５ 金属リチウム ６ 封口剤 ７ 負極集電体
Claims (1)
- 【請求項１】 正極と、イオン伝導性電解質と、負極と
して金属リチウムを用いるリチウム二次電池において、
該金属リチウム表面に絶縁性の多孔質薄膜を設けたこと
を特徴とするリチウム二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4101881A JPH05275118A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4101881A JPH05275118A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | リチウム二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275118A true JPH05275118A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=14312290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4101881A Pending JPH05275118A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05275118A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004134403A (ja) * | 2002-10-12 | 2004-04-30 | Samsung Sdi Co Ltd | リチウム電池用リチウムメタル・アノード |
| CN109273668A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-25 | 宁德新能源科技有限公司 | 负极极片及包含其的电化学装置 |
-
1992
- 1992-03-27 JP JP4101881A patent/JPH05275118A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004134403A (ja) * | 2002-10-12 | 2004-04-30 | Samsung Sdi Co Ltd | リチウム電池用リチウムメタル・アノード |
| CN109273668A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-25 | 宁德新能源科技有限公司 | 负极极片及包含其的电化学装置 |
| US11316167B2 (en) | 2018-09-27 | 2022-04-26 | Ningde Amperex Technology Limited | Anode electrode and electrochemical device containing the same |
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