JPH05283073A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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- JPH05283073A JPH05283073A JP4073735A JP7373592A JPH05283073A JP H05283073 A JPH05283073 A JP H05283073A JP 4073735 A JP4073735 A JP 4073735A JP 7373592 A JP7373592 A JP 7373592A JP H05283073 A JPH05283073 A JP H05283073A
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- Japan
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- electrode active
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- negative electrode
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- 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
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】充放電を繰り返しても放電容量が低下し難く、
しかも長寿命のリチウム二次電池を得る。 【構成】負極活物質層４中のリチウム含有量を、負極活
物質層のリチウムが放電反応により全て放電生成物（Ｌ
ｉX Ｖ2 Ｏ5 ）に変化したと仮定したときの放電生成物
のＸ値が１．１５以上１．５０以下になるようにする。
しかも長寿命のリチウム二次電池を得る。 【構成】負極活物質層４中のリチウム含有量を、負極活
物質層のリチウムが放電反応により全て放電生成物（Ｌ
ｉX Ｖ2 Ｏ5 ）に変化したと仮定したときの放電生成物
のＸ値が１．１５以上１．５０以下になるようにする。
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
るものである。
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気機器の小型化及び軽量化に伴
い、エネルギー密度の高い二次電池が求められている。
エネルギー密度の高い二次電池の一つとして、五酸化バ
ナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）を主成分とする正極活物質層とリ
チウム（Ｌｉ）を含有する負極活物質層とを電解質を介
して積層したリチウム二次電池が知られている。このリ
チウム二次電池は次のような反応式により充放電を繰り
返す。
い、エネルギー密度の高い二次電池が求められている。
エネルギー密度の高い二次電池の一つとして、五酸化バ
ナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）を主成分とする正極活物質層とリ
チウム（Ｌｉ）を含有する負極活物質層とを電解質を介
して積層したリチウム二次電池が知られている。このリ
チウム二次電池は次のような反応式により充放電を繰り
返す。
【０００３】
【化１】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来より充放電を繰り
返しても容量を高く維持できるリチウム二次電池を得る
ことが課題となっている。図３は典型的なリチウム二次
電池のサイクル寿命特性を示す図である。リチウム二次
電池は初期充放電時期（この例では０〜２０サイクル）
に大きく放電容量が低下し（初期の放電容量低下）、あ
る程度充放電回数が進むと（この例では２００サイクル
程度）再度放電容量が大きく低下する（終期の放電容量
低下）。放電容量の低下する原因の一つとしてリチウム
二次電池の過放電が考えられる。放電が進行して電池が
過放電状態になり、放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）のＸ
値が許容範囲（正極活物質の充放電可逆領域）を超える
と、電池を再充電してもこの放電生成物は充電生成物
（Ｖ2 Ｏ5 ）に戻らなくなる。これは、正極活物質（Ｖ
2 Ｏ5 ）の層の間に過剰に挿入されたリチウムイオン
（Ｌｉ＋）がＶ2 Ｏ5 の原子配列を乱して充電時にＬｉ
＋が脱離できなくなるためであると考えられる。そのた
め、電池過放電が繰り返されると正極及び負極の活物質
利用率が低下して電池の放電容量が低下することにな
る。しかしながら充放電初期においてはある程度の量の
リチウムが放電生成物中に残留するだけであるが、ある
程度充放電が繰り返されてた後では過放電が起きるとリ
チウムの残留量が増大して寿命を短くする。
返しても容量を高く維持できるリチウム二次電池を得る
ことが課題となっている。図３は典型的なリチウム二次
電池のサイクル寿命特性を示す図である。リチウム二次
電池は初期充放電時期（この例では０〜２０サイクル）
に大きく放電容量が低下し（初期の放電容量低下）、あ
る程度充放電回数が進むと（この例では２００サイクル
程度）再度放電容量が大きく低下する（終期の放電容量
低下）。放電容量の低下する原因の一つとしてリチウム
二次電池の過放電が考えられる。放電が進行して電池が
過放電状態になり、放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）のＸ
値が許容範囲（正極活物質の充放電可逆領域）を超える
と、電池を再充電してもこの放電生成物は充電生成物
（Ｖ2 Ｏ5 ）に戻らなくなる。これは、正極活物質（Ｖ
2 Ｏ5 ）の層の間に過剰に挿入されたリチウムイオン
（Ｌｉ＋）がＶ2 Ｏ5 の原子配列を乱して充電時にＬｉ
＋が脱離できなくなるためであると考えられる。そのた
め、電池過放電が繰り返されると正極及び負極の活物質
利用率が低下して電池の放電容量が低下することにな
る。しかしながら充放電初期においてはある程度の量の
リチウムが放電生成物中に残留するだけであるが、ある
程度充放電が繰り返されてた後では過放電が起きるとリ
チウムの残留量が増大して寿命を短くする。
【０００５】本発明の目的は、充放電を繰り返しても放
電容量が低下しにくく、しかも長寿命のリチウム二次電
池を提供することにある。
電容量が低下しにくく、しかも長寿命のリチウム二次電
池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）を主成分と
する正極活物質層とリチウム（Ｌｉ）を含有する負極活
物質層とが電解質を介して積層されたリチウム二次電池
を対象として、負極活物質層のリチウムが放電反応によ
り全て放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）に変化したと仮定
したときの放電生成物のＸ値が１．１５以上１．５０以
下になるように負極活物質層のリチウム含有量を決め
る。具体的には、負極活物質層のリチウムの重量Ａmgと
正極活物質層のＶ2 Ｏ5 の重量Ｂmgとが次式の関係にな
るように負極活物質層のリチウムの重量Ａmgを決める。
に、本発明は五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）を主成分と
する正極活物質層とリチウム（Ｌｉ）を含有する負極活
物質層とが電解質を介して積層されたリチウム二次電池
を対象として、負極活物質層のリチウムが放電反応によ
り全て放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）に変化したと仮定
したときの放電生成物のＸ値が１．１５以上１．５０以
下になるように負極活物質層のリチウム含有量を決め
る。具体的には、負極活物質層のリチウムの重量Ａmgと
正極活物質層のＶ2 Ｏ5 の重量Ｂmgとが次式の関係にな
るように負極活物質層のリチウムの重量Ａmgを決める。
【０００７】
【数１】
【０００８】
【作用】発明者は実験により放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ
5 ）の充放電可逆領域の上限値がほぼＸ＝１．５０であ
ることを見出だした。Ｘ値が１．５０以下であれば放電
生成物は電池を充電することにより大部分が元の充電生
成物に戻る。そこで本発明のように負極活物質層のリチ
ウムが放電反応により全て放電生成物（ＬｉX Ｖ
2 Ｏ5 ）に変化したと仮定したときの放電生成物のＸ値
が１．５０以下になるように負極活物質層のリチウム含
有量を決めると、過放電状態になることはなく、仮に電
池が完全に放電したとしても、電池を充電することによ
り放電生成物はほとんど再び充電生成物に戻る。そのた
め、本発明の電池に充放電を繰り返しても電池の容量を
高く維持できる。Ｘ値を小さくし過ぎると、容量が低下
し過ぎる問題が生じるが、放電生成物（ＬｉX Ｖ
2 Ｏ5 ）のＸ値が１．１５以上になるように負極活物質
層のリチウム含有量を決めると、必要な容量を維持でき
る。
5 ）の充放電可逆領域の上限値がほぼＸ＝１．５０であ
ることを見出だした。Ｘ値が１．５０以下であれば放電
生成物は電池を充電することにより大部分が元の充電生
成物に戻る。そこで本発明のように負極活物質層のリチ
ウムが放電反応により全て放電生成物（ＬｉX Ｖ
2 Ｏ5 ）に変化したと仮定したときの放電生成物のＸ値
が１．５０以下になるように負極活物質層のリチウム含
有量を決めると、過放電状態になることはなく、仮に電
池が完全に放電したとしても、電池を充電することによ
り放電生成物はほとんど再び充電生成物に戻る。そのた
め、本発明の電池に充放電を繰り返しても電池の容量を
高く維持できる。Ｘ値を小さくし過ぎると、容量が低下
し過ぎる問題が生じるが、放電生成物（ＬｉX Ｖ
2 Ｏ5 ）のＸ値が１．１５以上になるように負極活物質
層のリチウム含有量を決めると、必要な容量を維持でき
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は本発明を偏平形の高分子固体電解質
リチウム二次電池に適用した実施例の概略断面図であ
る。図１において、１は正極集電体、２は正極活物質
層、３は固体電解質層、４は負極活物質層、５は負極集
電体、そして６はホットメルトである。
に説明する。図１は本発明を偏平形の高分子固体電解質
リチウム二次電池に適用した実施例の概略断面図であ
る。図１において、１は正極集電体、２は正極活物質
層、３は固体電解質層、４は負極活物質層、５は負極集
電体、そして６はホットメルトである。
【００１０】正極集電体１は厚み約３０μm のニッケル
等の金属箔により形成されている。正極活物質層２はキ
セロゲル膜の五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ・ｎＨ2 Ｏ）
により形成されている。この正極活物質層２は、非晶質
五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5）を２〜３重量％の割合で
蒸留水に溶かした溶液を正極集電体１の一方の面１ａの
中央部分にスクリーン印刷等で塗布し、これを乾燥させ
て得た。ちなみに正極活物質層２の厚みは約１０μm で
あった。この正極活物質層２は正極集電体１の表面１ａ
上に正極活物質層２を囲む外周端面１ｂを残すように形
成されている。固体電解質層３は正極活物質層２上に密
着した状態で形成されており、具体的にはポリホスファ
ゼン誘導体の一種であるメトキシオリゴエチレンオキシ
ポリホスファゼン（ＭＥＰ７）に過塩素酸リチウム（Ｌ
ｉＣｌＯ4 ）１mol/dm3 を溶解した混合物により形成さ
れている。ちなみに固体電解質層３の厚みは１００μm
であった。負極活物質層４は厚みが１０μm でリチウム
含有重量２％のリチウム−アルミニウム合金箔により構
成されており、負極集電体５の一方の面５ａ上に外周端
面５ｂを残すように配置されている。負極活物質層４の
リチウム−アルミニウム合金箔中のリチウム（負極活物
質）の重量は負極活物質層のリチウムが放電反応により
全て放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）に変化したと仮定し
たときの放電生成物のＸ値が１．１５以上１．５０以下
になるように定められている。具体的には、正極活物質
層２中のＶ2 Ｏ5 （正極活物質）の重量の４．４２×１
０−2倍以上５．７７×１０−2 倍以下の範囲の重量で
ある。負極集電体５は厚み２０μm の正極集電体１と同
材質の金属箔である。正極集電体１及び負極集電体５
は、それぞれ電池の外装ケースの一部を構成し、且つ端
子の機能を果たしている。ホットメルト６は、加熱され
ると表面側から溶融して接着性を示す枠部材である。こ
のホットメルト６は集電体１及び５の外周端面１ｂ及び
５ｂに対応した輪郭が矩形状を呈するリングであり、具
体的にはポリオレフィン系樹脂から形成されている。集
電体１及び５の外周端面１ｂ及び５ｂがホットメルト６
に接続されて電池が組み立てられている。
等の金属箔により形成されている。正極活物質層２はキ
セロゲル膜の五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ・ｎＨ2 Ｏ）
により形成されている。この正極活物質層２は、非晶質
五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5）を２〜３重量％の割合で
蒸留水に溶かした溶液を正極集電体１の一方の面１ａの
中央部分にスクリーン印刷等で塗布し、これを乾燥させ
て得た。ちなみに正極活物質層２の厚みは約１０μm で
あった。この正極活物質層２は正極集電体１の表面１ａ
上に正極活物質層２を囲む外周端面１ｂを残すように形
成されている。固体電解質層３は正極活物質層２上に密
着した状態で形成されており、具体的にはポリホスファ
ゼン誘導体の一種であるメトキシオリゴエチレンオキシ
ポリホスファゼン（ＭＥＰ７）に過塩素酸リチウム（Ｌ
ｉＣｌＯ4 ）１mol/dm3 を溶解した混合物により形成さ
れている。ちなみに固体電解質層３の厚みは１００μm
であった。負極活物質層４は厚みが１０μm でリチウム
含有重量２％のリチウム−アルミニウム合金箔により構
成されており、負極集電体５の一方の面５ａ上に外周端
面５ｂを残すように配置されている。負極活物質層４の
リチウム−アルミニウム合金箔中のリチウム（負極活物
質）の重量は負極活物質層のリチウムが放電反応により
全て放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）に変化したと仮定し
たときの放電生成物のＸ値が１．１５以上１．５０以下
になるように定められている。具体的には、正極活物質
層２中のＶ2 Ｏ5 （正極活物質）の重量の４．４２×１
０−2倍以上５．７７×１０−2 倍以下の範囲の重量で
ある。負極集電体５は厚み２０μm の正極集電体１と同
材質の金属箔である。正極集電体１及び負極集電体５
は、それぞれ電池の外装ケースの一部を構成し、且つ端
子の機能を果たしている。ホットメルト６は、加熱され
ると表面側から溶融して接着性を示す枠部材である。こ
のホットメルト６は集電体１及び５の外周端面１ｂ及び
５ｂに対応した輪郭が矩形状を呈するリングであり、具
体的にはポリオレフィン系樹脂から形成されている。集
電体１及び５の外周端面１ｂ及び５ｂがホットメルト６
に接続されて電池が組み立てられている。
【００１１】本実施例のリチウム二次電池の特性を調べ
るために製造した各種の電池ａ〜ｄは次の通りである。
電池ａ及びｂは本実施例の電池であり、電池ｃ及びｄは
比較例の電池である。各電池ａ〜ｄの負極活物質層中の
リチウム重量は、各電池が完全放電したと仮定して生成
された放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）のＸ値がそれぞれ
１．１５、１．５０、０．６０、１．９０になる重量で
ある。具体的には、各電池ａ〜ｄの正極活物質層中のＶ
2 Ｏ5 の重量を２８mgにして、各電池の負極活物質層中
のリチウムの重量をそれぞれ１．２４mg、１．６２mg、
０．６５mg、２．０５mgにした。尚、電池ａ〜ｄは負極
活物質層以外の構成はいずれの電池も同じ構成になって
いる。
るために製造した各種の電池ａ〜ｄは次の通りである。
電池ａ及びｂは本実施例の電池であり、電池ｃ及びｄは
比較例の電池である。各電池ａ〜ｄの負極活物質層中の
リチウム重量は、各電池が完全放電したと仮定して生成
された放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）のＸ値がそれぞれ
１．１５、１．５０、０．６０、１．９０になる重量で
ある。具体的には、各電池ａ〜ｄの正極活物質層中のＶ
2 Ｏ5 の重量を２８mgにして、各電池の負極活物質層中
のリチウムの重量をそれぞれ１．２４mg、１．６２mg、
０．６５mg、２．０５mgにした。尚、電池ａ〜ｄは負極
活物質層以外の構成はいずれの電池も同じ構成になって
いる。
【００１２】各電池ａ〜ｄに２５μA/cm2 （２５℃）で
１．０Ｖになるまで放電した後に、２５μA/cm2 （２５
℃）で４．２Ｖまで充電を行う充放電を繰り返して、各
電池の充放電回数と放電容量との関係（サイクル寿命特
性）を測定した。図２は測定結果を示している。図２か
ら放電生成物のＸ値が１．１５を下回るように負極活物
質量を決めた比較例の電池ｃでは、本実施例の電池ａ及
びｂに比べて放電容量が低くなるのが判る。また放電生
成物のＸ値が１．５０を超えるように負極活物質量を決
めた比較例の電池ｄでは、本実施例の電池ａ及びｂに比
べて少ない充放電回数（２００サイクル）で放電容量が
急激に低下してしまうのが判る。これは電池ｄが電池ａ
及びｂに比べて過放電状態になりやすいためである。
尚、図２から見ると本実施例の電池ａ及びｂの前述した
初期の放電容量低下量は、４．５mAh −３mAh ＝１．５
mAh である。この数値より、本実施例の電池ａ及びｂの
初期の放電容量低下をもたらした残留リチウムの放電生
成物中における含有重量率Ｃ％は、次式により算出する
ことができる。
１．０Ｖになるまで放電した後に、２５μA/cm2 （２５
℃）で４．２Ｖまで充電を行う充放電を繰り返して、各
電池の充放電回数と放電容量との関係（サイクル寿命特
性）を測定した。図２は測定結果を示している。図２か
ら放電生成物のＸ値が１．１５を下回るように負極活物
質量を決めた比較例の電池ｃでは、本実施例の電池ａ及
びｂに比べて放電容量が低くなるのが判る。また放電生
成物のＸ値が１．５０を超えるように負極活物質量を決
めた比較例の電池ｄでは、本実施例の電池ａ及びｂに比
べて少ない充放電回数（２００サイクル）で放電容量が
急激に低下してしまうのが判る。これは電池ｄが電池ａ
及びｂに比べて過放電状態になりやすいためである。
尚、図２から見ると本実施例の電池ａ及びｂの前述した
初期の放電容量低下量は、４．５mAh −３mAh ＝１．５
mAh である。この数値より、本実施例の電池ａ及びｂの
初期の放電容量低下をもたらした残留リチウムの放電生
成物中における含有重量率Ｃ％は、次式により算出する
ことができる。
【００１３】
【数２】
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、負極活物質層のリチウ
ムが放電反応により全て放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）
に変化したと仮定したときの放電生成物のＸ値が１．５
０以下になるように負極活物質層のリチウム含有量を決
めるので、仮に電池が完全に放電したとしても、電池を
充電することにより放電生成物はほとんど再び充電生成
物に戻る。そのため、本発明の電池に充放電を繰り返し
ても電池の容量を高く維持できる。しかも放電生成物
（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）のＸ値が１．１５以上になるように
負極活物質層のリチウム含有量を決めるので、必要な容
量を維持できる。
ムが放電反応により全て放電生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）
に変化したと仮定したときの放電生成物のＸ値が１．５
０以下になるように負極活物質層のリチウム含有量を決
めるので、仮に電池が完全に放電したとしても、電池を
充電することにより放電生成物はほとんど再び充電生成
物に戻る。そのため、本発明の電池に充放電を繰り返し
ても電池の容量を高く維持できる。しかも放電生成物
（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）のＸ値が１．１５以上になるように
負極活物質層のリチウム含有量を決めるので、必要な容
量を維持できる。
【図１】本発明の実施例のリチウム二次電池の概略断面
図である。
図である。
【図２】試験に用いた電池の充放電回数と放電容量との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図３】一般的なリチウム二次電池の充放電回数と放電
容量比との関係を示す図である。
容量比との関係を示す図である。
２…正極活物質層、３…固体電解質層、４…負極活物質
層。
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弘中 健介 東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 新神 戸電機株式会社内 (72)発明者 早川 他▲く▼美 東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 新神 戸電機株式会社内 (72)発明者 小牧 昭夫 東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 新神 戸電機株式会社内 (72)発明者 中長 偉文 徳島県徳島市川内町加賀須野463番地 大 塚化学株式会社徳島研究所内 (72)発明者 谷口 正俊 大阪府大阪市中央区大手通３丁目２番27号 大塚化学株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）を主成分と
する正極活物質層とリチウム（Ｌｉ）を含有する負極活
物質層とが電解質を介して積層されたリチウム二次電池
において、 前記負極活物質層のリチウムが放電反応により全て放電
生成物（ＬｉX Ｖ2 Ｏ5 ）に変化したと仮定したときの
前記放電生成物のＸ値が１．１５以上１．５０以下にな
るように前記負極活物質層のリチウム含有量が決められ
ている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 |
|---|---|---|---|
| JP04073735A JP3108187B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04073735A JP3108187B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | リチウム二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283073A true JPH05283073A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3108187B2 JP3108187B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=13526795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04073735A Expired - Fee Related JP3108187B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3108187B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013011568A1 (ja) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | 株式会社日立製作所 | イオン二次電池用電極、イオン二次電池用電極の製造方法、リチウムイオン二次電池およびマグネシウムイオン二次電池 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102487242B1 (ko) * | 2021-04-23 | 2023-01-13 | 주식회사 한성에어텍 | 에어컨 탈부착용 공기정화살균기 |
-
1992
- 1992-03-30 JP JP04073735A patent/JP3108187B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013011568A1 (ja) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | 株式会社日立製作所 | イオン二次電池用電極、イオン二次電池用電極の製造方法、リチウムイオン二次電池およびマグネシウムイオン二次電池 |
| JPWO2013011568A1 (ja) * | 2011-07-19 | 2015-02-23 | 株式会社日立製作所 | イオン二次電池用電極、イオン二次電池用電極の製造方法、リチウムイオン二次電池およびマグネシウムイオン二次電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3108187B2 (ja) | 2000-11-13 |
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