JPH0562680A - Electrode material for solid battery - Google Patents

Electrode material for solid battery

Info

Publication number
JPH0562680A
JPH0562680A JP3223896A JP22389691A JPH0562680A JP H0562680 A JPH0562680 A JP H0562680A JP 3223896 A JP3223896 A JP 3223896A JP 22389691 A JP22389691 A JP 22389691A JP H0562680 A JPH0562680 A JP H0562680A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substance
electrode material
transition metal
lithium
solid
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
Application number
JP3223896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Takada
和典 高田
Shigeo Kondo
繁雄 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP3223896A priority Critical patent/JPH0562680A/en
Publication of JPH0562680A publication Critical patent/JPH0562680A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • 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

Abstract

PURPOSE:To obtain an electrode material to generate an intercalation and deintercalation reactions of lithium ions reversibly by intercalating organic molecules in the crystals. CONSTITUTION:This electrode material is a material in which a substance having a two-dimension layer form structure or a three-dimension mesh form structure intercalates organic molecules in its crystals. And in this case, as a substance having a two-dimension layer form structure, graphite, a transition metal oxide, or a transition metal calcogenide may be used, and as a substance having a three-dimension mesh form structure, a chevrel phase compound can be favorably used. Furthermore, as the organic molecule, an organic molecule selected from propylene carbonate, tetrohydrofuran, butyllactone, and dimethoxy- ethane, or a mixtur of them is preferable. Consequently, the intercalation and deintercalation of lithium ions can be generated reversibly, and a desired property can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質を用いた固
体電気化学素子、特にリチウムイオン導電性固体電解質
を用いた全固体リチウム二次電池等の全固体電気化学素
子に用いられる電極材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state electrochemical device using a solid electrolyte, and more particularly to an electrode material used for an all-solid-state electrochemical device such as an all-solid lithium secondary battery using a lithium ion conductive solid electrolyte. ..

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータ,携帯電
話等のポータブル機器の発達にともない、その電源とし
て電池の需要は非常に大きなものとなっている。特に、
リチウム電池は、リチウムが小さな原子量を持ちかつイ
オン化エネルギーが大きな物質であることから、高エネ
ルギー密度を得ることができる電池として各方面で盛ん
に研究が行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of portable devices such as personal computers and mobile phones, the demand for batteries as a power source thereof has become very large. In particular,
BACKGROUND ART Lithium batteries are actively researched in various fields as batteries capable of obtaining high energy density because lithium has a small atomic weight and a large ionization energy.

【0003】ここで、上記のようなリチウム電池に用い
られる電極材料、特にリチウム二次電池に用いられる電
極材料としては、酸化物あるいは硫化物等の層状構造あ
るいは3次元網目状構造を有する物質に関する研究が数
多くなされている。これらの物質を電極材料として用い
た場合には、その電気化学反応は結晶格子中の空サイト
への電気化学的なリチウムイオンのインターカレーショ
ン・デインターカレーション反応というトポケミカルな
反応となる。このようなトポケミカルな反応の可逆性は
優れたものであることから、そのような物質を電極材料
として用いたリチウム二次電池は優れた充放電サイクル
特性を示す。
Here, as an electrode material used in the above-mentioned lithium battery, particularly an electrode material used in a lithium secondary battery, a substance having a layered structure such as an oxide or a sulfide or a three-dimensional network structure is used. Much research has been done. When these substances are used as an electrode material, the electrochemical reaction is a topochemical reaction called an electrochemical intercalation / deintercalation reaction of lithium ions to empty sites in the crystal lattice. Since the reversibility of such a topochemical reaction is excellent, a lithium secondary battery using such a substance as an electrode material exhibits excellent charge / discharge cycle characteristics.

【0004】その一方、電池をはじめとする電気化学素
子は、電解質に液体を使用しているため、電解質の漏液
等の問題を皆無とすることができない。こうした問題を
解決し信頼性を高めるため、また素子を小型,薄膜化す
るためにも、液体電解質に代えて固体電解質を用い、電
気化学素子を全固体化する試みが各方面でなされてい
る。特に先に述べたリチウム電池に関しては、そのエネ
ルギー密度の高さのために、電池に異常が生じた際には
電池が発火する等の恐れがある。そのため、電池の安全
性を確保するために、不燃性の固体で構成される固体電
解質を用いた全固体リチウム電池の開発が望まれてい
る。
On the other hand, since electrochemical devices such as batteries use a liquid as an electrolyte, problems such as electrolyte leakage cannot be eliminated. In order to solve these problems and improve reliability, and to make the device smaller and thinner, attempts have been made in various fields to use a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte to make an electrochemical device all solid. In particular, with regard to the lithium battery described above, due to its high energy density, there is a risk that the battery will ignite when an abnormality occurs in the battery. Therefore, in order to ensure the safety of the battery, development of an all-solid-state lithium battery using a solid electrolyte composed of a nonflammable solid is desired.

【0005】このような電池に用いられる活物質として
は、層状の結晶構造等の結晶格子中の空サイトにリチウ
ムイオンを出し入れすることのできる物質の検討が行わ
れている。すなわち、電池中では活物質として用いられ
たこのような物質がホスト格子として、ゲストとしてリ
チウムイオンをその結晶格子中に電気化学的に出し入れ
することになる。
As active materials used in such batteries, studies have been conducted on materials capable of taking lithium ions in and out of vacant sites in a crystal lattice such as a layered crystal structure. That is, such a material used as an active material in a battery serves as a host lattice, and lithium ions are electrochemically taken in and out of the crystal lattice as a guest.

【0006】こようなホスト格子となる材料としては、
グラファイトやV25等の遷移金属酸化物、TiS2
NbS2等の遷移金属2カルコゲナイド等の2次元層状
構造を有する材料や、MxMo68(x=Li,Fe,
etc)で表されるシェブレル相化合物等の3次元網目
状構造を有する材料を挙げることができる。
As a material for such a host lattice,
Graphite, transition metal oxides such as V 2 O 5 , TiS 2 ,
A material having a two-dimensional layered structure such as transition metal 2 chalcogenide such as NbS 2 or M x Mo 6 S 8 (x = Li, Fe,
Examples thereof include a material having a three-dimensional network structure such as a Chevrel phase compound represented by etc).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題について、具体的な例としてTOmなる組成式
をもつ層状構造を有する遷移金属酸化物をホスト格子と
した例について説明を行う。
As a specific example of the problem to be solved by the present invention, an example in which a transition metal oxide having a layered structure having a composition formula of TO m is used as a host lattice will be described.

【0008】一般的に、ホスト格子層間へのリチウムイ
オンの電気化学的なインターカレーション反応は、次の
(数1)のように行われる。
Generally, an electrochemical intercalation reaction of lithium ions between host lattice layers is performed as in the following (Equation 1).

【0009】[0009]

【数1】 [Equation 1]

【0010】すなわち、リチウムイオンのインターカレ
ーション反応とそれにともなう遷移金属イオンの還元反
応である。したがって、リチウムイオンがインターカレ
ートした状態は、正に帯電したリチウムイオンが負に帯
電したホスト格子の層間に挿入されたものとなってい
る。
That is, the intercalation reaction of lithium ions and the accompanying reduction reaction of transition metal ions. Therefore, the state in which the lithium ions are intercalated means that the positively charged lithium ions are inserted between the layers of the negatively charged host lattice.

【0011】ここで、リチウムはイオン化傾向の高い金
属であるため、正に帯電したリチウムイオンと負に帯電
したホスト格子との間には強い静電相互作用(引力)が
働く。その結果、(数1)のようなリチウムイオンのイ
ンターカレーション反応は生じても、その逆のデインタ
ーカレーション反応は生じにくいという結果になる。
Here, since lithium is a metal having a high ionization tendency, a strong electrostatic interaction (attracting force) is exerted between the positively charged lithium ions and the negatively charged host lattice. As a result, even if the intercalation reaction of lithium ions as in (Equation 1) occurs, the reverse deintercalation reaction is unlikely to occur.

【0012】ここでは、2次元層状構造をもつ物質とし
て遷移金属酸化物について説明を行ったが、グラファイ
ト,遷移金属カルコゲナイド,シェブレル相化合物等、
一般に結晶格子中の空サイトにリチウムイオンがインタ
ーカレートできる物質を電極活物質として用いた場合、
リチウムイオンのインターカレーション反応(電気化学
的な還元反応)は生じてもデインターカレーション反応
(電気化学的な酸化反応)は生じにくいといった課題が
あった。
Although a transition metal oxide has been described as a substance having a two-dimensional layered structure, graphite, a transition metal chalcogenide, a Chevrel phase compound, etc. are used.
In general, when a material capable of intercalating lithium ions in an empty site in a crystal lattice is used as an electrode active material,
There is a problem that a deintercalation reaction (electrochemical oxidation reaction) is unlikely to occur even if an intercalation reaction (electrochemical reduction reaction) of lithium ions occurs.

【0013】本発明は、以上の課題を解決し、リチウム
イオンのインターカレーション・デインターカレーショ
ン反応が、可逆的に生じる電極材料を得ることを目的と
する。
An object of the present invention is to solve the above problems and to obtain an electrode material in which an intercalation / deintercalation reaction of lithium ions occurs reversibly.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は少なくとも2次
元層状構造あるいは3次元網目状構造の結晶構造を有す
る物質を含み、前記2次元層状構造あるいは3次元網目
状構造の結晶構造を有する物質がその結晶中に少なくと
も有機分子をインターカレートしたものであることを電
極材料として用いるものである。
The present invention includes a substance having at least a two-dimensional layered structure or a crystal structure of a three-dimensional network structure, wherein the substance having a crystal structure of the two-dimensional layered structure or the three-dimensional network structure is A material obtained by intercalating at least an organic molecule in the crystal is used as an electrode material.

【0015】また、ここで上記2次元層状構造を有する
物質としては、グラファイト,遷移金属酸化物,遷移金
属カルコゲナイドを用いるとよく、上記3次元網目状構
造を有する物質としては、シェブレル相化合物を用いる
とよい。
As the substance having the two-dimensional layered structure, graphite, transition metal oxide, or transition metal chalcogenide may be used, and as the substance having the three-dimensional network structure, a chevrel phase compound is used. Good.

【0016】また、上記有機分子としては、プロピレン
カーボネート,テトロハイドロフラン,ブチルラクト
ン,ジメトキシエタンより選ばれる有機分子またはこれ
らの混合物を用いることが好ましい。
As the organic molecule, it is preferable to use an organic molecule selected from propylene carbonate, tetrohydrofuran, butyl lactone, dimethoxyethane or a mixture thereof.

【0017】[0017]

【作用】2次元層状構造あるいは3次元網目状構造をも
つ物質の結晶中に有機分子がインターカレートした場
合、インターカレートしたリチウムイオンは該有機分子
と溶媒和した状態となる。その結果、ゲストであるリチ
ウムイオンと、ホスト格子との静電相互作用は小さなも
のとなり、リチウムイオンのデインターカレーション反
応が生じ易くなり、リチウムイオンのインターカレート
・デインターカレートが可逆的に生じるようになる。
When an organic molecule is intercalated in the crystal of a substance having a two-dimensional layered structure or a three-dimensional network structure, the intercalated lithium ion is solvated with the organic molecule. As a result, the electrostatic interaction between the guest lithium ion and the host lattice becomes small, the lithium ion deintercalation reaction easily occurs, and the lithium ion intercalate / deintercalate is reversible. Will occur.

【0018】また、上記2次元層状構造を有する物質と
してグラファイト,遷移金属酸化物,遷移金属カルコゲ
ナイドが、また上記3次元網目状構造を有する物質とし
てシェブレル相化合物が、溶媒和したリチウムイオンの
インターカレーション・デインターカレーション反応が
円滑に行われるため好適である。
In addition, graphite, transition metal oxides, transition metal chalcogenides as the substance having the two-dimensional layered structure, and a chevrel phase compound as the substance having the three-dimensional network structure are intercalated with lithium ions solvated. This is preferable because the reaction of deionization and deintercalation is smoothly performed.

【0019】また、上記有機分子として、プロピレンカ
ーボネート,テトロヒドロフラン,ブチルラクトン,ジ
メトキシエタンより選ばれる有機分子は、リチウムイオ
ンとホスト格子との静電相互作用を小さなものとするた
め好ましい。
As the organic molecule, an organic molecule selected from propylene carbonate, tetrohydrofuran, butyl lactone and dimethoxyethane is preferable because it reduces electrostatic interaction between the lithium ion and the host lattice.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本実施例について実施例を用いて詳細
に説明する。
EXAMPLES This example will be described in detail below with reference to examples.

【0021】(実施例1)2次元層状構造を有する物質
としてグラファイトを用い、前記2次元層状構造を有す
る物質中にインターカレートされる有機分子としてはプ
ロピレンカーボネート(PC)を用い、本発明の実施例
の一つであるPCをインターカレートしたグラファイト
を以下の方法で得た。
Example 1 Graphite was used as a substance having a two-dimensional layered structure, and propylene carbonate (PC) was used as an organic molecule intercalated in the substance having a two-dimensional layered structure. PC intercalated graphite, which is one of the examples, was obtained by the following method.

【0022】グラファイト粉末5gに対してリチウム金
属ブロック5gを、ガラス繊維よりなる不織布中に包
み、過塩素酸リチウム(LiClO4)を溶解したPC
中に浸漬した。これを室温で7日間放置した後、未反応
の金属リチウムを取り除き、吸引ろ過を行った。このよ
うにして得た試料を100℃の減圧下で乾燥し、PCと
溶媒和したリチウムイオンをインターカレートしたグラ
ファイトを得た。
PC in which 5 g of lithium metal block was wrapped in 5 g of graphite powder in a non-woven fabric made of glass fiber and lithium perchlorate (LiClO 4 ) was dissolved
Soaked in. After leaving this for 7 days at room temperature, unreacted metallic lithium was removed and suction filtration was performed. The sample thus obtained was dried under reduced pressure at 100 ° C. to obtain graphite in which PC and solvated lithium ions were intercalated.

【0023】つぎに、全固体二次電池を構成し、この電
極材料の特性を評価した。先ず、固体電解質として、以
下の方法で0.3LiI−0.35Li2S−0.35
SiS2で表されるリチウムイオン導電性非晶質固体電
解質を合成した。
Next, an all-solid secondary battery was constructed and the characteristics of this electrode material were evaluated. First, as the solid electrolyte, 0.3LiI-0.35Li 2 S-0.35 in the following manner
A lithium ion conductive amorphous solid electrolyte represented by SiS 2 was synthesized.

【0024】最初に、非晶質固体電解質を合成するため
のガラス母材を合成した。硫化リチウム(Li2S)と
硫化ケイ素(SiS2)をモル比で1:1に混合し、そ
の混合物をガラス状カーボンの坩堝中にいれた。その坩
堝を縦型炉中にいれアルゴン気流中で950℃まで加熱
し、混合物を溶融状態とした。2時間加熱の後、坩堝を
液体窒素中に落とし込み急冷し0.5Li2S−0.5
SiS2で表されるガラス母材を得た。このガラス母材
を粉砕の後、ヨウ化リチウム(LiI)を0.3LiI
−0.35Li2S−0.35SiS2の組成となるよう
混合し、上記と同様の加熱−急冷を行い、0.3LiI
−0.35Li2S−0.35SiS2で表されるリチウ
ムイオン導電性非晶質固体電解質を得た。
First, a glass base material for synthesizing an amorphous solid electrolyte was synthesized. Lithium sulfide (Li 2 S) and silicon sulfide (SiS 2 ) were mixed at a molar ratio of 1: 1 and the mixture was put into a glassy carbon crucible. The crucible was put in a vertical furnace and heated to 950 ° C. in an argon stream to make the mixture in a molten state. After heating for 2 hours, the crucible was dropped into liquid nitrogen and rapidly cooled to 0.5 Li 2 S-0.5.
A glass base material represented by SiS 2 was obtained. After crushing the glass base material, lithium iodide (LiI) was added to 0.3 LiI
-0.35Li 2 S-0.35SiS 2 are mixed so as to have a composition, and the same heating and quenching as described above are performed to obtain 0.3LiI.
Was obtained -0.35Li 2 S-0.35SiS lithium ion conductivity is represented by 2 amorphous solid electrolyte.

【0025】このようにして得た固体電解質と上記で得
たPCを溶媒和したリチウムイオンをインターカレート
したグラファイトを、重量比で1:1の比で混合し、さ
らにフッ素樹脂バインダーを混合したものを正極材料と
した。このようにして得た正極材料200mgを10mmφ
の円盤状に加圧成形し、正極ペレットを得た。
The solid electrolyte thus obtained and the lithium ion intercalated graphite obtained by solvating PC obtained above were mixed in a weight ratio of 1: 1 and further mixed with a fluororesin binder. The material was used as the positive electrode material. 200 mg of the positive electrode material obtained in this manner was used for 10 mmφ
Was pressed into a disk shape to obtain a positive electrode pellet.

【0026】負極としては金属リチウムを用い、厚さ1
mmのリチウム箔を10mmφに打ち抜き、負極とした。
Metal lithium is used as the negative electrode, and the thickness is 1
A 10 mmφ lithium foil was punched out to obtain a negative electrode.

【0027】構成した全固体二次電池の断面図を図1に
示す。図中1は、このようにして得た正極ペレットで、
この正極ペレットと金属リチウムの箔2を、固体電解質
(0.3LiI−0.35Li2S−0.35SiS2
3を介して配し、電池ケースである内径15mmφのプラ
スチック管4中で一体に加圧成形した。続いて集電体と
してステンレス箔5をカーボンペーストにより接着し、
リード端子6,7を取り付けた。
A cross-sectional view of the constructed all-solid-state secondary battery is shown in FIG. In the figure, 1 is the positive electrode pellet thus obtained,
The foil 2 of this positive electrode pellet and the metallic lithium, a solid electrolyte (0.3LiI-0.35Li 2 S-0.35SiS 2)
3 and was pressure-molded integrally in a plastic tube 4 having an inner diameter of 15 mmφ which is a battery case. Subsequently, the stainless foil 5 as a current collector was bonded with carbon paste,
The lead terminals 6 and 7 were attached.

【0028】この全固体二次電池を用い、3.0〜1.
8Vの電圧範囲を10μAの電流値で定電流充放電を行
った。その結果を図2に示す。
Using this all-solid-state secondary battery, 3.0-1.
Constant-current charging / discharging was performed in a voltage range of 8 V with a current value of 10 μA. The result is shown in FIG.

【0029】この結果より、この全固体二次電池が20
サイクル経過後も安定した充放電曲線を示し、本発明に
よるとリチウムイオンのインターカレーション・デイン
ターカレーション反応が可逆的に行われる電極材料が得
られていることが分かった。
From these results, this all solid state secondary battery is 20
It was found that a stable charge / discharge curve was exhibited even after the lapse of cycles, and according to the present invention, an electrode material in which the intercalation / deintercalation reaction of lithium ions was reversibly carried out was obtained.

【0030】(比較例1)正極活物質として、有機分子
を溶媒和したリチウムイオンをインターカレートしてい
ないグラファイト、すなわちグラファイト粉末を単独で
用いた以外は実施例1と同様の方法で、全固体二次電池
を構成した。
(Comparative Example 1) The same procedure as in Example 1 was repeated except that graphite not intercalated with lithium ions in which organic molecules were solvated, that is, graphite powder was used alone as the positive electrode active material. A solid secondary battery was constructed.

【0031】この全固体二次電池を用い、実施例1と同
様の充放電試験を行った結果を図3に示す。
Using this all-solid-state secondary battery, the same charge and discharge test as in Example 1 was conducted and the results are shown in FIG.

【0032】電池の充放電効率は30%にも満たなく、
放電反応は起こっているが、充電反応はほとんど起こっ
ていないことが分かる。すなわち正極での反応におい
て、グラファイト層間へのリチウムイオンのインターカ
レーション反応は生じるが、デインターカレーション反
応は生じにくいことが分かった。
The charge / discharge efficiency of the battery is less than 30%,
It can be seen that the discharge reaction has occurred, but the charge reaction has hardly occurred. That is, it was found that in the reaction at the positive electrode, the intercalation reaction of lithium ions between the graphite layers occurs, but the deintercalation reaction hardly occurs.

【0033】(実施例2)2次元層状構造を有する物質
として遷移金属酸化物の一つである酸化バナジウム
(V)(V25)を用い、前記2次元層状構造を有する
物質中にインターカレートされる有機分子としてはPC
とジメトキシエタン(DME)の混合物を用い本発明の
実施例の一つであるPCとDMEの混合物をインターカ
レートしたV25を以下の方法で得た。
Example 2 Vanadium oxide (V) (V 2 O 5 ) which is one of transition metal oxides was used as a substance having a two-dimensional layered structure, and was intercalated in the substance having the two-dimensional layered structure. PC as an organic molecule to be calated
V 2 O 5 obtained by intercalating a mixture of PC and DME, which is one of the examples of the present invention, was obtained by the following method using a mixture of OH and dimethoxyethane (DME).

【0034】実施例1における、PCに代えPCとDM
Eを体積比で80:20で混合したものを用いた以外は
実施例1と同様の方法で、PCとDMEの混合物を溶媒
和したリチウムイオンをインターカレートしたV25
得た。
PC and DM in place of PC in the first embodiment
By the same method as in Example 1 except that E was mixed in a volume ratio of 80:20, lithium ion intercalated V 2 O 5 solvating a mixture of PC and DME was obtained.

【0035】この溶媒和したリチウムイオンをインター
カレートしたV25を正極活物質として用いた以外は、
実施例1と同様の方法で全固体二次電池を構成した。
Except that V 2 O 5 intercalated with the solvated lithium ions was used as the positive electrode active material,
An all-solid secondary battery was constructed in the same manner as in Example 1.

【0036】この全固体二次電池を用い、実施例1と同
様の方法で充放電試験を行ったところ、充放電効率はほ
ぼ100%となっており、本発明によるとリチウムイオ
ンのインターカレーション・デインターカレーション反
応が可逆的に行われる電極材料が得られていることが分
かった。
Using this all-solid-state secondary battery, a charge / discharge test was conducted in the same manner as in Example 1. The charge / discharge efficiency was almost 100%. According to the present invention, lithium ion intercalation was performed. -It was found that an electrode material in which the deintercalation reaction was reversibly carried out was obtained.

【0037】(比較例2)正極活物質として、有機分子
を溶媒和したリチウムイオンをインターカレートしてい
ないV25をそのまま用いた以外は実施例2と同様の方
法で、全固体二次電池を構成した。
(Comparative Example 2) As a positive electrode active material, an all solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 2 except that V 2 O 5 in which lithium ions in which organic molecules were solvated were not intercalated was used. The next battery was constructed.

【0038】この全固体二次電池を用い、実施例1と同
様の充放電試験を行った結果、電池の放電反応は起こっ
たが充電反応はほとんど起こらず、正極での反応におい
て、層間へのリチウムイオンのインターカレーション反
応は生じるが、デインターカレーション反応は生じにく
いことが分かった。
Using this all-solid-state secondary battery, the same charge and discharge test as in Example 1 was carried out. As a result, a discharge reaction of the battery occurred, but a charging reaction hardly occurred. It was found that the intercalation reaction of lithium ions occurs, but the deintercalation reaction does not easily occur.

【0039】(実施例3)2次元層状構造を有する物質
として遷移金属2カルコゲナイドの一つである二硫化チ
タン(TiS2)を用い、前記2次元層状構造を有する
物質中にインターカレートされる有機分子としてはテト
ロハイドロフラン(THF)を用い、本発明の実施例の
一つであるTHFをインターカレートしたTiS2を以
下の方法で得た。
Example 3 Titanium disulfide (TiS 2 ) which is one of transition metal 2 chalcogenides is used as a substance having a two-dimensional layered structure and is intercalated in the substance having a two-dimensional layered structure. Tetrohydrofuran (THF) was used as the organic molecule, and THF intercalated TiS 2 , which is one of the examples of the present invention, was obtained by the following method.

【0040】TiS2は、金属チタンと硫黄を原材料と
し、CVD法により合成した。このTiS2に電解法に
より、THFと溶媒和したリチウムイオンをインターカ
レートした。この電解法に用いられる動作極の構成を図
4に示す。図中8は、TiS2に結着剤としてテフロン
樹脂を加えたものであり、集電体としてチタンメッシュ
9とともにペレット状に加圧成形した。このチタンメッ
シュにリード端子10をスポット溶接で取り付けた。
TiS 2 was synthesized by the CVD method using metallic titanium and sulfur as raw materials. Lithium ions solvated with THF were intercalated into this TiS 2 by an electrolytic method. The structure of the working electrode used in this electrolysis method is shown in FIG. In the figure, 8 is TiS 2 to which Teflon resin was added as a binder, and was pressed into a pellet form together with a titanium mesh 9 as a current collector. The lead terminal 10 was attached to this titanium mesh by spot welding.

【0041】このTiS2電極を動作極、対極として金
属リチウムを用い、ホウフッ化リチウム(LiBF4
を溶解したTHFを電解液とした電解セルを構成し、こ
のセルにTiS2電極がリチウム極に対して+1.5V
となるよう定電圧を印加し、電解を5時間行い、TiS
2にTHFと溶媒和したリチウムイオンをインターカレ
ートした。その後、TiS2電極を取り出しアルゴン気
流中で乾燥させ、THFとリチウムイオンをインターカ
レートしたTiS2を得た。
Lithium borofluoride (LiBF 4 ) was prepared by using metallic lithium as the working electrode and the counter electrode of this TiS 2 electrode.
An electrolytic cell using THF in which is dissolved as an electrolytic solution is formed, and the TiS 2 electrode is +1.5 V with respect to the lithium electrode in this cell.
Constant voltage is applied so that electrolysis is performed for 5 hours, and TiS
2 was intercalated with lithium ion solvated with THF. Then, the TiS 2 electrode was taken out and dried in an argon stream to obtain TiS 2 in which THF and lithium ions were intercalated.

【0042】この溶媒和したリチウムイオンをインター
カレートしたTiS2を正極活物質として用いた以外は
実施例1と同様の方法で、全固体二次電池を構成した。
An all-solid secondary battery was constructed in the same manner as in Example 1 except that TiS 2 intercalated with solvated lithium ions was used as the positive electrode active material.

【0043】この全固体二次電池を用い、実施例1と同
様の方法で充放電試験を行ったところ、充放電効率はほ
ぼ100%となっており、本発明によるとリチウムイオ
ンのインターカレーション・デインターカレーション反
応が可逆的に行われる電極材料が得られていることが分
かった。
A charge / discharge test was conducted using this all-solid-state secondary battery in the same manner as in Example 1. The charge / discharge efficiency was almost 100%, and according to the present invention, lithium ion intercalation was performed. -It was found that an electrode material in which the deintercalation reaction was reversibly carried out was obtained.

【0044】(比較例3)正極活物質として、有機分子
を溶媒和したリチウムイオンをインターカレートしてい
ないTiS2、すなわち実施例3でCVD法により合成
したTiS2をそのまま用いた以外は実施例3と同様の
方法で、全固体二次電池を構成した。
[0044] (Comparative Example 3) a positive electrode active material, TiS 2 that the lithium ions and the organic molecules solvated not intercalated, i.e. except that TiS 2 synthesized by CVD in Example 3 was used as it was carried out An all-solid-state secondary battery was constructed in the same manner as in Example 3.

【0045】この全固体二次電池を用い、実施例1と同
様の充放電試験を行った結果、電池の放電反応は起こっ
たが充電反応はほとんど起こらず、正極での反応におい
て、層間へのリチウムイオンのインターカレーション反
応は生じるが、デインターカレーション反応は生じにく
いことが分かった。
Using this all-solid-state secondary battery, the same charge-discharge test as in Example 1 was carried out. As a result, a discharge reaction of the battery occurred, but a charge reaction hardly occurred. It was found that the intercalation reaction of lithium ions occurs, but the deintercalation reaction does not easily occur.

【0046】(実施例4)3次元網目状構造を有する物
質としてFeMo68で表される鉄シェブレル相化合物
を用い、前記3次元網目状構造を有する物質中にインタ
ーカレートされる有機分子としてはブチルラクトン(B
L)を用い、本発明の実施例の一つであるBLをインタ
ーカレートしたFeMo68を以下の方法で得た。
(Example 4) An organic molecule intercalated into the substance having a three-dimensional network structure using an iron chevrel phase compound represented by FeMo 6 S 8 as a substance having a three-dimensional network structure. Butyl lactone (B
Using L), FeMo 6 S 8 intercalated with BL, which is one of the examples of the present invention, was obtained by the following method.

【0047】FeMo68は、金属鉄粉末,金属チタン
粉末,2硫化モリブデン(MoS2)を1:2:4のモ
ル比で混合し、減圧とした石英管中に封入し、1000
℃で72時間焼成することで合成した。
FeMo 6 S 8 was prepared by mixing metallic iron powder, metallic titanium powder, and molybdenum disulfide (MoS 2 ) at a molar ratio of 1: 2: 4, and sealing the mixture in a depressurized quartz tube.
It was synthesized by firing at 72 ° C. for 72 hours.

【0048】実施例1におけるPCに代えてBL、Li
ClO4に代えてLiAsF6を用いた以外は、実施例1
と同様の方法でBLと溶媒和したリチウムイオンをイン
ターカレートしたFeMo68を得た。
BL, Li instead of PC in Example 1
Example 1 except that LiAsF 6 was used instead of ClO 4.
FeMo 6 S 8 intercalated with lithium ions solvated with BL was obtained by the same method as described above.

【0049】この全固体二次電池を用い、実施例1と同
様の方法で充放電試験を行ったところ、充放電効率はほ
ぼ100%となっており、本発明によるとリチウムイオ
ンのインターカレーション・デインターカレーション反
応が可逆的に行われる電極材料が得られていることが分
かった。
Using this all-solid-state secondary battery, a charge / discharge test was conducted in the same manner as in Example 1. The charge / discharge efficiency was almost 100%, and according to the present invention, lithium ion intercalation was performed. -It was found that an electrode material in which the deintercalation reaction was reversibly carried out was obtained.

【0050】なお、本発明の実施例においては、遷移金
属酸化物としてV25を用いたが、TiO2,Nb25
等の他の遷移金属酸化物、あるいはLiV25等の一般
にブロンズと呼ばれる遷移金属をはじめとする複合酸化
物を用いても同様の効果が得られ、本発明は遷移金属酸
化物としてV25に限定されるものではない。
In the examples of the present invention, V 2 O 5 was used as the transition metal oxide, but TiO 2 , Nb 2 O 5 was used.
The same effect can be obtained by using other transition metal oxides such as LiV 2 O 5 or complex oxides including transition metals generally called bronze such as LiV 2 O 5 , and the present invention provides V 2 as the transition metal oxide. It is not limited to O 5 .

【0051】また、本発明の実施例においては、遷移金
属2カルコゲナイドとしてTiS2を用いたが、Nb
2,MoS2等の他の遷移金属2カルコゲナイドを用い
ても同様の効果が得られることはいうまでもなく、本発
明は遷移金属2カルコゲナイドとしてTiS2に限定さ
れるものではない。
In the embodiment of the present invention, TiS 2 is used as the transition metal 2 chalcogenide.
Needless to say, the same effect can be obtained by using other transition metal 2 chalcogenides such as S 2 and MoS 2 , and the present invention is not limited to TiS 2 as the transition metal 2 chalcogenide.

【0052】また、本発明の実施例においては、3次元
網目状構造を有する化合物としてFeMo68を用いた
が、LixMo68,LixCu3Mo68等の他のシェ
ブレル相化合物等を用いても同様の効果が得られること
もいうまでもなく、本発明は3次元網目状構造を有する
化合物としてFeMo68に限定されるものではない。
Although FeMo 6 S 8 was used as a compound having a three-dimensional network structure in the examples of the present invention, other compounds such as Li x Mo 6 S 8 and Li x Cu 3 Mo 6 S 8 were used. Needless to say, the same effect can be obtained by using a Chevrel phase compound or the like, and the present invention is not limited to FeMo 6 S 8 as a compound having a three-dimensional network structure.

【0053】また、本発明の実施例においては、2次元
網目状構造あるいは3次元網目状構造をもつ化合物とし
てグラファイト,遷移金属酸化物,遷移金属カルコゲナ
イド,シェブレル相化合物を用いたが、フッ化カーボン
(CF)n、あるいはその誘導体である(CF
0.80.02n等他のリチウムイオンをインターカレート
する化合物を用いても同様の効果が得られることもいう
までもなく、本発明は2次元層状構造あるいは3次元網
目状構造を有する化合物としてこれら実施例に挙げた化
合物に限定されるものではない。
In the examples of the present invention, graphite, transition metal oxide, transition metal chalcogenide, and chevrel phase compound were used as the compound having a two-dimensional network structure or a three-dimensional network structure. (CF) n or its derivative (CF
Needless to say, the same effect can be obtained by using a compound that intercalates other lithium ions such as 0.8 I 0.02 ) n , and the present invention provides a compound having a two-dimensional layered structure or a three-dimensional network structure. It is not limited to the compounds listed in these examples.

【0054】また、本発明の実施例においては、インタ
ーカレートする有機分子として、プロピレンカーボネー
ト,テトラヒドロフラン,ブチルラクトン,ジメトキシ
エタンより選ばれる有機分子あるいはそれらの混合物に
ついてのみ記載したが、溶媒和分子が、層状構造等の物
質に対しインターカレーション可能な有機分子には全て
適応できるものである。したがって、本発明は有機分子
として実施例に挙げたプロピレンカーボネート,テトラ
ヒドロフラン,ブチルラクトン,ジメトキシエタン、あ
るいはこれらの混合物に限定されるものではない。
Further, in the examples of the present invention, only organic molecules selected from propylene carbonate, tetrahydrofuran, butyl lactone, dimethoxyethane, or a mixture thereof are described as the intercalating organic molecules. It can be applied to all organic molecules that can intercalate into a material such as a layered structure. Therefore, the present invention is not limited to the organic molecules such as propylene carbonate, tetrahydrofuran, butyl lactone, dimethoxyethane, or a mixture thereof as the organic molecules.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上のように、2次元層状構造あるいは
3次元網目状構造をもつ物質の結晶中に有機分子がイン
ターカレートするという本発明によると、リチウムイオ
ンのインターカレート・デインターカレートを可逆的に
生じさせることができる。
As described above, according to the present invention in which organic molecules intercalate in the crystal of a substance having a two-dimensional layered structure or a three-dimensional network structure, according to the present invention, intercalation / deintercalation of lithium ions is performed. Can be generated reversibly.

【0056】また、上記2次元層状構造を有する物質と
しては、グラファイト,遷移金属酸化物,遷移金属カル
コゲナイドを、また上記3次元網目状構造を有する物質
としては、シェブレル相化合物を用いることで、所期の
特性を得ることができる。
Further, as the substance having the two-dimensional layered structure, graphite, transition metal oxide, and transition metal chalcogenide are used, and as the substance having the three-dimensional network structure, a chevrel phase compound is used. The characteristics of the period can be obtained.

【0057】また、上記有機分子としては、プロピレン
カーボネート,テトラヒドロフラン,ブチルラクトン,
ジメトキシエタンより選ばれる有機分子を用いること
で、所期の特性を得ることができる。
The organic molecules include propylene carbonate, tetrahydrofuran, butyl lactone,
By using an organic molecule selected from dimethoxyethane, desired properties can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例における全固体二次電池の断
面図
FIG. 1 is a sectional view of an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例における全固体二次電池の充
放電曲線を示した図
FIG. 2 is a diagram showing a charge / discharge curve of an all-solid secondary battery in one example of the present invention.

【図3】本発明の比較例における全固体二次電池の充放
電曲線を示した図
FIG. 3 is a diagram showing a charge / discharge curve of an all-solid-state secondary battery in a comparative example of the present invention.

【図4】本発明の一実施例における電解法による電極材
料の合成に用いられる電極の構成図
FIG. 4 is a configuration diagram of an electrode used for synthesizing an electrode material by an electrolysis method in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極ペレット 2 負極(リチウム箔) 3 固体電解質層 4 電池ケース(プラスチック管) 5 ステンレス箔 6,7 リード端子 8 結着剤としてテフロン樹脂を加えたTiS2ペレッ
ト 9 チタンメッシュ 10 リード端子
1 Positive Electrode Pellet 2 Negative Electrode (Lithium Foil) 3 Solid Electrolyte Layer 4 Battery Case (Plastic Tube) 5 Stainless Steel Foil 6,7 Lead Terminal 8 TiS 2 Pellet with Teflon Resin Added as Binder 9 Titanium Mesh 10 Lead Terminal

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも2次元層状構造あるいは3次元
網目状構造の結晶構造を有する物質を含み、前記2次元
層状構造あるいは3次元網目状構造の結晶構造を有する
物質がその結晶中に少なくとも有機分子をインターカレ
ートしたものであることを特徴とする固体電池用電極材
料。
1. A substance containing at least a two-dimensional layered structure or a crystal structure having a three-dimensional network structure, wherein the substance having a two-dimensional layered structure or a crystal structure having a three-dimensional network structure has at least an organic molecule in its crystal. An electrode material for a solid-state battery, characterized in that it is an intercalated material.
【請求項2】2次元層状構造を有する物質が、グラファ
イトであることを特徴とする請求項1記載の固体電池用
電極材料。
2. The electrode material for a solid battery according to claim 1, wherein the substance having a two-dimensional layered structure is graphite.
【請求項3】2次元層状構造を有する物質が、遷移金属
酸化物もしくは金属酸化物を主体としたものであること
を特徴とする請求項1記載の固体電池用電極材料。
3. The electrode material for a solid battery according to claim 1, wherein the substance having a two-dimensional layered structure is mainly composed of a transition metal oxide or a metal oxide.
【請求項4】2次元層状構造を有する物質が、遷移金属
カルコゲナイドであることを特徴とする請求項1記載の
固体電池用電極材料。
4. The solid battery electrode material according to claim 1, wherein the substance having a two-dimensional layered structure is a transition metal chalcogenide.
【請求項5】3次元網目状構造を有する物質が、シェブ
レル相化合物であることを特徴とする請求項1記載の固
体電池用電極材料。
5. The solid battery electrode material according to claim 1, wherein the substance having a three-dimensional network structure is a Chevrel phase compound.
【請求項6】有機分子が、プロピレンカーボネート,テ
トラヒドロフラン,ブチルラクトン,ジメトキシエタン
より選ばれたいずれか1種またはそれらの混合物である
ことを特徴とする請求項1記載の固体電池用電極材料。
6. The electrode material for a solid battery according to claim 1, wherein the organic molecule is any one selected from propylene carbonate, tetrahydrofuran, butyl lactone and dimethoxyethane or a mixture thereof.
JP3223896A 1991-09-04 1991-09-04 Electrode material for solid battery Pending JPH0562680A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3223896A JPH0562680A (en) 1991-09-04 1991-09-04 Electrode material for solid battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3223896A JPH0562680A (en) 1991-09-04 1991-09-04 Electrode material for solid battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0562680A true JPH0562680A (en) 1993-03-12

Family

ID=16805408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3223896A Pending JPH0562680A (en) 1991-09-04 1991-09-04 Electrode material for solid battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0562680A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011228289A (en) * 2010-03-27 2011-11-10 Osaka Municipa Technical Research Institute Electrode material for secondary battery and secondary battery using the same
US9266780B2 (en) 2010-01-19 2016-02-23 Ohara Inc. All solid state battery with densification additive
US9837179B2 (en) 2014-11-14 2017-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrically conductive thin films

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9266780B2 (en) 2010-01-19 2016-02-23 Ohara Inc. All solid state battery with densification additive
JP2011228289A (en) * 2010-03-27 2011-11-10 Osaka Municipa Technical Research Institute Electrode material for secondary battery and secondary battery using the same
US9837179B2 (en) 2014-11-14 2017-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrically conductive thin films

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tan et al. High voltage magnesium-ion battery enabled by nanocluster Mg3Bi2 alloy anode in noncorrosive electrolyte
US6316141B1 (en) High-energy, rechargeable, electrochemical cells with non-aqueous electrolytes
JP4578684B2 (en) Lithium secondary battery
Ming et al. Redox species-based electrolytes for advanced rechargeable lithium ion batteries
CN102820454B (en) Electrode composite material and preparation method thereof, positive pole, there is this anodal battery
KR20190022900A (en) Metallate electrodes
JPH09194214A (en) Lithium manganese oxide compound and its preparation
Lee et al. Electrochemical properties of a ceramic-polymer-composite-solid electrolyte for Li-ion batteries
CN105810932A (en) Layered cathode material for sodium-ion battery and preparation method of the layered cathode material for the sodium-ion battery
Surendran et al. Unveiling the electrochemical mechanism of high-capacity negative electrode model-system BiFeO3 in sodium-ion batteries: an in operando XAS investigation
JPH09245828A (en) Lithium ion conductive solid electrolyte and totally solid lithium secondary battery
JP3547575B2 (en) Lithium iron oxide, method for producing the same, and lithium battery
JPH06338345A (en) Full solid lithium battery
Wang et al. K2. 13V1. 52Ti0. 48 (PO4) 3 as an anode material with a long cycle life for potassium-ion batteries
Garcı́a-Alvarado et al. New electrode materials for lithium rechargeable batteries
JPH0562680A (en) Electrode material for solid battery
Takada et al. Lithium ion conductive glass and its application to solid state batteries
JPH0896817A (en) Battery using ion conductive high polymer compound
JP3605220B2 (en) Lithium iron oxide, method for synthesizing the same, and lithium battery
Zhang et al. Green Synthesis for Battery Materials: A Case Study of Making Lithium Sulfide via Metathetic Precipitation
JPH06275322A (en) Lithium battery
JPH06223876A (en) Battery
JPS62176054A (en) Lithium battery
JPH10324522A (en) Production of lithium cobalt oxide particulate powder
JP3555321B2 (en) Anode material and lithium secondary battery