JPH06119926A - 非水電解質電池 - Google Patents
非水電解質電池Info
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- JPH06119926A JPH06119926A JP4292195A JP29219592A JPH06119926A JP H06119926 A JPH06119926 A JP H06119926A JP 4292195 A JP4292195 A JP 4292195A JP 29219592 A JP29219592 A JP 29219592A JP H06119926 A JPH06119926 A JP H06119926A
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- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
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- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
Abstract
水電解液電池を低コストで提供する。 【構成】 組成式、Fe2(SO4)3で表される物質を
正極活物質6として含み、アルカリ金属またはその化合
物を負極活物質4とし、前記正極活物質および前記負極
活物質に対して化学的に安定であり、かつアルカリ金属
イオンが前記正極活物質あるいは前記負極活物質に電気
化学反応をするための移動を行いうる物質を電解質物質
としたことを特徴としている。 【効果】 可逆容量の大きな小型高エネルギー密度のリ
チウム電池を極めて低コストで構成することができ、本
発明電池はコイン型電池など種々の分野に利用できると
いう利点を有する。
Description
らに詳細には充放電可能な非水電解質二次電池に関し、
特に正極活物質の改良に関わり、電池の充放電容量の増
加を目指すものである。
よびその合金や化合物を負極活物質とする非水電解液電
池は、負極金属イオンの正極活物質へのインサーション
もしくはインターカレーション反応によって、その大放
電容量と可充電性を両立させている。従来から、リチウ
ムを負極活物質として用いる二次電池としては、リチウ
ムに対しインターカレーションホストとなりうる五酸化
バナジウムや二酸化マンガンなどの層状もしくはトンネ
ル状酸化物を正極に用いた電池が提案されているが、電
圧が低くその充放電エネルギー密度は充分とは言えなか
った。
は現在、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4の3
つが知られている。このうち、LiCoO2、LiNi
O2はコストの点で実用上難点がある。またLiMn2O
4は放電の進行によりLi/Mn2O4>1.1以上の組
成域に達すると、立方晶から正方晶にヤーン・テラー転
移を起こし、これに対応して放電電圧が2.8Vまで急
低下してしまうため、4V容量が約100mAh/gに
制限されており、そのサイクル容量も僅か50サイクル
足らずで半減することが知られている。
を改良して、小型で充放電特性に優れた電池特性をもつ
非水電解液電池を低コストで提供することにある。
めに、本発明非水電解質電池では組成式、Fe2(S
O4)3で表される物質を正極活物質として含み、アルカ
リ金属またはその化合物を負極活物質とし、前記正極活
物質および前記負極活物質に対して化学的に安定であ
り、かつアルカリ金属イオンが前記正極活物質あるいは
前記負極活物質に電気化学反応をするための移動を行い
うる物質を電解質物質としたことを特徴としている。
3+の中心金属が6つのSO4によって八面体配位したナ
シコン構造を持っている。なお、●はLiを示す。この
様な八面体配位場におけるFe3+の5つの3dイオンの
電子配置は図2に示されるようにdε軌道に3個、dγ
軌道に2個スピンの向きを揃えて電子が完全に軌道を1
つずつ占有している。これに対し、2Li分のインター
カレーション放電反応によって生成されるLi2Fe
2(SO4)3中のFe2+の6番目のd電子はスピンの向
きを替え図3の電子配置を取るため、スピンペアリング
に伴う電子間の静電反発力エネルギーが急増することに
なる。このFe3+−Fe2+レドックス対の大きな準位差
が、Fe2(SO4)3の2Liにわたる平坦かつ高電圧
な起電反応を可能にしていると考えられる。
級高電圧正極の中でも最も安価なMn酸化物に比べても
さらに半分以下の低コストを可能とするものである。
は、Fe2(SO4)3化合物粉末とポリテトラフルオロ
エチレンごとき結着剤粉末との混合物をニッケル、ステ
ンレス等の支持体上に圧着成形する。あるいは、かかる
混合物粉末に導電性を付与するため熱分解黒鉛やアセチ
レンブラックのような導電性粉末を混合し、これに更に
ポリテトラフルオロエチレンのような結着剤粉末を所要
に応じて加え、この混合物を金属容器に入れ、あるいは
前述の混合物をニッケル、ステンレス等の支持体上に圧
着成形する等の手段によって形成される。
ム電池のそれと同様にシート状として、またはそのシー
トをニッケル、ステンレス等の導電体網に圧着して負極
として形成される。また負極活物質としては、リチウム
以外にリチウム合金やリチウム化合物、その他ナトリウ
ム、カリウム等、従来公知のものが使用できる。
ン、2−メチルテトラヒドロフラン、エチレンカーボネ
ート、メチルホルメート、ジメチルスルホキシド、プロ
ピレンカーボネート、アセトニトリル、ブチロラクト
ン、ジメチルフォルムアミドなどの有機溶媒に、LiA
sF6、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiC
lO4、などのルイス酸を溶解した非水電解質溶液が使
用できる。
ス等)などの他の要素についても従来公知の各種材料が
使用でき、特に制限はない。
体的に説明するが、本発明はこれらにより何等制限され
るものではない。なお、実施例において電池の作製およ
び測定はアルゴン雰囲気下のドライボックス中で行っ
た。
コイン型電池の断面図であり、図中1はステンレス封口
板、2はポリプロピレン製ガスケット、3はステンレス
製正極ケース、4はリチウム負極、5はポリプロピレン
製微孔性セパレータ、6は正極合剤ペレットを示す。
・6H2Oを500℃で10時間熱処理してFe2(SO
4)3を無水化したものを用いた。
剤(アセチレンブラック粉末)、結着剤(ポリテトラフ
ルオロエチレン)と共に、70:25:5の重量比で混
合の上、ロール成形し、正極合剤ペレット6(厚さ0.
5mm、直径17mm、200mg/cell)とし
た。まず、封口板1上に金属リチウム負極4を加圧配置
したものをガスケット2の凹部に挿入し、金属リチウム
負極4の上にセパレータ5、正極合剤ペレット6をこの
順序に配置し、電解液としてプロピレンカーボネート
(PC)と2−ジメトキシエタン(DME)の等容積混
合溶媒にLiClO4を溶解させた1規定溶液をそれぞ
れ適量注入して含浸させた後に、正極ケース3を被せて
しかめることにより、厚さ2mm、直径23mmのコイ
ン型電池を作製した。
0℃の真空乾燥処理後、正極として用いた以外、実施例
1と同様な構造のコイン型電池を組み立てた。
ウム2次電池について、0.5mA/cm2の放電電流
密度で4.5V>1Vの電圧規制下の充放電試験を行っ
たところ、それぞれ図5、図6に示す特性図を得た。両
者の比較から単に市販試薬のFe2(SO4)3を熱処理
しただけでは結晶に含まれる水分が除去しきれず、初期
開回路電位こそ同じものの、高電圧容量が充分に得られ
ない。アンモニウム塩(NH4)2Fe(SO4)2・6H
2Oの熱処理による無水化処理品がFe2(SO4)3の高
電圧容量向上に効果的であることがわかる。無水化処理
品では、Fe3+がFe2+に還元される2電子反応分に相
当する放電容量が3.5Vの平坦部で得られた。
調べるため、実施例1と同じコイン型電池を用いて、電
圧規制範囲を4.5V>3Vに変えた以外は実施例1と
同条件でその充放電特性を測定した。その充放電曲線お
よび可逆放電容量のサイクル依存性を図7、図8にそれ
ぞれ示す。この結果より、Fe2(SO4)3の高電圧部
サイクル容量は良好な可逆サイクル性を持っていること
がわかる。
2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)の等容積
混合溶媒にLiAsF6を溶解させた1規定溶液に変え
た以外は実施例1と同じコイン型電池を用いて、3.9
V>3V電圧規制充放電特性を0.5mA/cm2の電
流密度で測定した。その充放電曲線を図9にそれぞれ示
す。
例2と比べほとんど可逆サイクル容量の損失はなく、ま
た、充電終止電圧を3.9V以下に設定することで、充
放電効率、イオン導電性に優れるエチレンカーボネート
(EC)と2メチルテトラヒドロフラン(2MeTH
F)の等容積混合溶媒にLiAsF6を溶解させた1規
定溶液を電解液に用いても充電時の電解液溶媒の酸化分
解の問題が生じないことが明らかとなった。
めに、実施例1と同じコイン型電池を用いて、0.5m
A/cm2(符号a)、3mA/cm2(符号b)、5m
A/cm2(符号c)の各放電電流密度で放電したとき
の放電曲線を図10に示す。0.5mA/cm2に対
し、1桁高い放電電流条件でも50%近くの容量を維持
できることがわかる。
可逆容量の大きな小型高エネルギー密度のリチウム電池
を極めて低コストで構成することができ、本発明電池は
コイン型電池など種々の分野に利用できるという利点を
有する。
晶構造図。
e3+の3d電子配置図。
のFe2+の3d電子配置図。
図。
結晶の0.5mA/cm2放電電流時の4.5V>1V
規制充放電特性を示す特性図。
試薬の0.5mA/cm2放電電流時の4.5V>1V
規制充放電特性を示す特性図。
結晶の0.5mA/cm2放電電流時の4.5V>3V
規制充放電曲線を示す特性図。
結晶の0.5mA/cm2放電電流時の4.5V>3V
規制充放電での可逆放電容量のサイクル依存性を示す特
性図。
結晶の0.5mA/cm2放電電流時の3.9V>3V
規制充放電曲線示す特性図。
3結晶の0.5mA/cm2、3mA/cm2、5mA/
cm2各放電電流時の放電曲線示す特性図。
Claims (2)
- 【請求項1】組成式Fe2(SO4)3で与えられるナシ
コン構造複酸化物を正極活物質とし、リチウムをはじめ
とするアルカリ金属またはその化合物を負極活物質と
し、前記正極活物質及び、前記負極活物質に対して化学
的に安定であり、かつアルカリ金属イオンが前記正極活
物質あるいは前記負極活物質と電気化学反応をするため
の移動を行い得る物質を電解質物質としたことを特徴と
する非水電解質電池。 - 【請求項2】請求項1において、正極活物質であるFe
2(SO4)3を、Fe(NH4)2(SO4)2・6H2Oを
熱分解することにより得た無水品を用いることを特徴と
する非水電解質電池。
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