JPH06187990A - 非水電解質二次電池及びその製造方法 - Google Patents

非水電解質二次電池及びその製造方法

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JPH06187990A
JPH06187990A JP4339159A JP33915992A JPH06187990A JP H06187990 A JPH06187990 A JP H06187990A JP 4339159 A JP4339159 A JP 4339159A JP 33915992 A JP33915992 A JP 33915992A JP H06187990 A JPH06187990 A JP H06187990A
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composite oxide
battery
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electrode
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Kensuke Tawara
謙介 田原
Hideki Ishikawa
英樹 石川
Akihito Sakata
明史 坂田
Fumiharu Iwasaki
文晴 岩崎
Seiji Yahagi
誠治 矢作
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 負極と正極とリチウムイオン導電性の非水電
解質とから少なくとも成る非水電解質二次電池におい
て、負極と正極の少なくとも一方の電極の活物質とし
て、2価酸化物を生成し得る金属もしくは類金属Mとリ
チウムLiの各々の単体もしくはそれらの化合物の混合
物をMの原子価が2価となる様に酸素量又は酸素分圧を
制御した雰囲気で加熱して得られる組成式Li2xMO
1+x(但し、x>0)で示される複合酸化物、又は該複
合酸化物とリチウムもしくはリチウム含有物との電気化
学反応に依り該複合酸化物に更にリチウムが吸蔵される
か、又は該複合酸化物から電気化学反応に依りリチウム
が放出されて得られる組成式Li2x +yMO1+x(但し、
2x+y≧0)で示される複合酸化物を用いる。 【効果】 充放電容量が大きく高エネルギー密度であ
り、かつ充放電時の分極(内部抵抗)が小さいため大電
流充放電が容易であると同時に、過充電過放電による劣
化が小さく、サイクル寿命が長い。。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウムを吸蔵放出可
能な物質を負極活物質及び/又は正極活物質とし、リチ
ウムイオン導電性の非水電解質を用いる非水電解質二次
電池に関するものであり、特に、高電圧、高エネルギー
密度で且つ充放電特性が優れ、サイクル寿命の長い新規
な二次電池を提供する新規な負極活物質及び正極活物質
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】負極活物質としてリチウムを用いる非水
電解質電池は、高電圧、高エネルギ−密度で、かつ自己
放電が小さく長期信頼性に優れる等々の利点により、一
次電池としてはメモリ−バックアップ用、カメラ用等の
電源として既に広く用いられている。
【0003】しかしながら、近年携帯型の電子機器、通
信機器等の著しい発展に伴い、電源としての電池に対し
大電流出力を要求する機器が多種多様に出現し、経済性
と機器の小型軽量化の観点から、再充放電可能で、かつ
高エネルギ−密度の二次電池が強く要望されている。こ
のため、高エネルギ−密度を有する前記非水電解質電池
の二次電池化を進める研究開発が活発に行われ、一部実
用化されているが、エネルギ−密度、充放電サイクル寿
命、信頼性等々まだまだ不十分である。
【0004】従来、この種の二次電池の正極を構成する
正極活物質としては、充放電反応の形態に依り下記の3
種のタイプのものが見い出されている。第1のタイプ
は、TiS2,MoS2,NbSe3等の金属カルコゲン
化物や、MnO2,MoO3,V25 ,LiXCoO2
LiXNiO2,LixMn24等の金属酸化物等々の様
に、結晶の層間や格子位置又は格子間隙間にリチウムイ
オン(カチオン)のみがインターカレーション、デイン
ターカレーション反応等に依り出入りするタイプ。
【0005】第2のタイプは、ポリアニリン、ポリピロ
ール、ポリパラフェニレン等の導電性高分子の様な、主
としてアニオンのみが安定にドープ、脱ドープ反応に依
り出入りするタイプ。第3のタイプは、グラファイト層
間化合物やポリアセン等の導電性高分子等々の様な、リ
チウムカチオンとアニオンが共に出入り可能なタイプ
(インターカレーション、デインターカレーション又は
ドープ、脱ドープ等)である。
【0006】一方、この種電池の負極を構成する負極活
物質としては、金属リチウムを単独で用いた場合が電極
電位が最も卑であるため、上記の様な正極活物質を用い
た正極と組み合わせた電池としての出力電圧が最も高
く、エネルギー密度も高く好ましいが、充放電に伴い負
極上にデンドライトや不働体化合物が生成し、充放電に
よる劣化が大きく、サイクル寿命が短いという問題があ
った。この問題を解決するため、負極活物質として
(1)リチウムとAl,Zn,Sn,Pb,Bi,Cd
等の他金属との合金、(2)WO2,MoO2,Fe
23,TiS2 等の無機化合物やグラファイト、有機物
を焼成して得られる炭素質材料等々の結晶構造中にリチ
ウムイオンを吸蔵させた層間化合物あるいは挿入化合
物、(3)リチウムイオンをド−プしたポリアセンやポ
リアセチレン等の導電性高分子等々のリチウムイオンを
吸蔵放出可能な物質を用いることが提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍、一般に、負
極活物質として上記の様な金属リチウム以外のリチウム
イオンを吸蔵放出可能な物質を用いた負極と、前記の様
な正極活物質を用いた正極とを組合せて電池を構成した
場合には、これらの負極活物質の電極電位が金属リチウ
ムの電極電位より貴であるため、電池の作動電圧が負極
活物質として金属リチウムを単独で用いた場合よりかな
り低下するという欠点がある。例えば、リチウムとA
l,Zn,Pb,Sn,Bi,Cd等の合金を用いる場
合には0.2〜0.8V、炭素−リチウム層間化合物で
は0〜1V、MoO2 やWO2 等のリチウムイオン挿入
化合物では0.5〜1.5V作動電圧が低下する。
【0008】又、リチウム以外の元素も負極構成要素と
なるため、体積当り及び重量当りの容量及びエネルギー
密度が著しく低下する。更に、上記の(1)のリチウム
と他金属との合金を用いた場合には、充放電時のリチウ
ムの利用効率が低く、且つ充放電の繰り返しにより電極
にクラックが発生し割れを生じる等のためサイクル寿命
が短いという問題があり、(2)のリチウム層間化合物
又は挿入化合物の場合には、過充放電により結晶構造の
崩壊や不可逆物質の生成等の劣化があり、又電極電位の
高い(貴な)ものが多いため、これを用いた電池の出力
電位が低いという欠点があり、(3)の導電性高分子の
場合には、充放電容量、特に体積当りの充放電容量が小
さいという問題がある。
【0009】このため、高電圧、高エネルギ−密度で且
つ充放電特性が優れ、サイクル寿命の長い二次電池を得
るためには、リチウムに対する電極電位が低く(卑
な)、充放電時のリチウムイオンの吸蔵放出に依る結晶
構造の崩壊や不可逆物質の生成等の劣化が無く、かつ可
逆的にリチウムイオンを吸蔵放出できる量即ち有効充放
電容量のより大きい負極活物質が必要である。
【0010】一方、上記の正極活物質に於て、第1のタ
イプは、一般にエネルギー密度は大きいが、過充電や過
放電すると結晶の崩壊や不可逆物質の生成等による劣化
が大きいという欠点がある。又、第2、第3のタイプで
は、逆に容量及びエネルギー密度が小さいという欠点が
ある。
【0011】このため、過充電特性及び過放電特性が優
れ、かつ高容量、高エネルギー密度の二次電池を得るた
めには過充電過放電に依る結晶の崩壊や不可逆物質の生
成が無く、かつ可逆的にリチウムイオンを吸蔵放出でき
る量のより大きい正極活物質が必要である。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の様な問
題点を解決するため、この種の電池の負極と正極の少な
くとも一方の電極の活物質として、2価酸化物を生成し
得る金属もしくは類金属MとリチウムLiの各々の単体
もしくはそれらの化合物の混合物をMの原子価が2価と
なる様に酸素量又は酸素分圧を制御した雰囲気中で加熱
して得られる組成式Li2xMO1+x(但し、x>0)で
示される複合酸化物、又は該複合酸化物とリチウムもし
くはリチウム含有物との電気化学反応に依り該複合酸化
物に更にリチウムが吸蔵されるか、又は該複合酸化物か
ら電気化学反応によりリチウムが放出されて得られる組
成式Li2x+yMO1+x(但し、2x+y≧0)で示され
る複合酸化物から成る新規なリチウムイオン吸蔵放出可
能物質を用いることを提起するものである。
【0013】即ち、2価酸化物を生成し得る金属もしく
は類金属MとリチウムLiの各々の単体もしくはそれら
の化合物等を出発原料として、Mの原子価を2価に制御
する雰囲気と温度でそれらの混合物の直接の加熱に依る
固相反応もしくは溶融反応プロセスや該出発原料の溶液
中での化学反応後に加熱する方法等々の加熱反応プロセ
スに依り、予め組成式Li2xMO1+x(但し、x>0)
で示されるリチウム含有複合酸化物を合成する。
【0014】その後、得られた複合酸化物とリチウムも
しくはリチウム化合物との電気化学反応に依りこの複合
酸化物に更にリチウムを吸蔵させるか、又はこの複合酸
化物から電気化学反応によりリチウムを放出させること
に依りリチウム含有量が増加又は減少した複合酸化物L
2x+yMO1+x(但し、2x+y≧0)を活物質とす
る。
【0015】上述の、予め加熱反応プロセスに依り合成
される複合酸化物Li2xMO1+x は、形式的にMO・x
Li2Oと表すことができ、化学組成の形式上は2価酸
化物を生成し得る金属もしくは類金属Mの一酸化物MO
と酸化リチウムLi2Oとがモル比1:xで固相反応し
た形態の酸化物であり、金属もしくは類金属Mの原子価
は2価であり、その結晶構造中又は非晶質構造中にリチ
ウムを含有し、非水電解質中で電気化学反応に依りリチ
ウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な複合酸化物
である。該複合酸化物を構成する金属もしくは類金属M
としては、Fe、Mn、Ti、V、Nb、Co、Ni等
の遷移金属、Zn、Cd、Mg、Ba、Pb、Sn等の
その他の金属やSi、B、Ge、Sb等の類金属等々の
2価酸化物もしくは一酸化物MOを生成し得るものを用
いる。
【0016】この様な金属もしくは類金属Mと酸素Oと
の組成比は上記のように1:1+xが標準であるが、合
成に際ししばしば金属もしくは類金属M又は酸素Oの欠
損又は過剰に依る不定比化合物を生じ、その不定比性の
範囲はMの種類に依って異なるが±25%に及ぶ。
【0017】この様な不定比組成のものも本発明に含ま
れる。特に、Mとして遷移金属やケイ素Siを用いる場
合には、M又は酸素Oの欠損による不定比度の高い化合
物を生成し易いため、生成物の結晶構造中もしくは非晶
質構造中にリチウムイオンを吸蔵できるサイトが多く、
リチウムイオンの移動度が高く且つ電子伝導度の高いも
のが得られ、充放電容量が大きく且つ分極が小さいもの
が得られ易い等の利点があり、特に有利である。又、複
合酸化物Li2x+yMO1+x のリチウムの含有量x及びy
としては該複合酸化物が安定に存在する範囲であれば良
いが、0<x≦2且つ0<2x+y≦2x+2の範囲が
充放電に依る劣化が少なく特に好ましい。
【0018】本発明電池の負極及び/又は正極の活物質
として用いられる該複合酸化物は、具体的には次の様に
して製造することが出来る。上記の様な2価酸化物を生
成し得る金属もしくは類金属MとリチウムLiの各々の
単体もしくはそれらの化合物等を出発原料として所定の
モル比で混合し又は混合しながら、金属もしくは類金属
Mの原子価もしくは酸化数が約2となる様に酸素量又は
酸素分圧を制御した雰囲気中で加熱して組成式Li2x
1+x (但し、x>0)の複合酸化物とする。出発原料
となる該金属や該類金属及びリチウムのそれぞれの化合
物としては、各々の酸化物、水酸化物、もしくは炭酸
塩、硝酸塩等の塩或は有機化合物等々の様なそれぞれを
不活性雰囲気中もしくは真空中で加熱して各々の酸化物
もしくは単体を生成する化合物が好ましい。
【0019】これらの出発原料の混合方法としては、こ
れらの原料の粉末を直接乾式混合する方法の他、これら
の原料を水、アルコ−ルやその他の溶媒に溶解もしくは
分散し、溶液中で均一に混合又は反応させた後、乾燥す
る方法、これらの原料を加熱や電磁波、光等によりアト
マイズ又はイオン化し、同時にもしくは交互に蒸着又は
析出させる方法等々種々の方法が可能である。
【0020】この様にして原料を混合した後、又は混合
しながら加熱する温度は、出発原料と加熱雰囲気によっ
ても異なるが、300゜C以上で合成が可能であり、好
ましくは600゜C以上、より好ましくは700゜C以
上の温度がよい。これらの出発原料の組合せの中で、M
の一酸化物MOやM(OH)2、MCO3、M(NO32
等の酸素を有するMの2価化合物とLiOHやLi
2O、Li2CO3又はLiNO3 等のような加熱により
酸化リチウムを生成するリチウム化合物とのM:Liの
モル比が1:2xの組合せ、及びMの単体とM34やM
23、MO2 等のMの高次酸化物又はM(OH)3、M2
(CO33やM(NO33等の様な酸素を有するMの3
価以上の化合物とLiOHやLi2O、Li2CO3 又は
LiNO3等のような加熱により酸化リチウムを生成す
るリチウム化合物とのM:Liの総モル比が1:2xで
ありMの平均原子価が2価となる組合せにおいては、不
活性雰囲気中又は真空中等のような酸素を断った雰囲気
中で加熱合成することが出来、加熱雰囲気中の酸素量も
しくは酸素分圧等の制御がしやすく製造が容易であり特
に好ましい。
【0021】例えば、前者の例としてはMOとLi2
のモル比1:xの組合せ、MOとLiOHのモル比1:
2xの組合せ、MCO3 とLi2CO3のモル比1:xの
組合せ等、また後者の例としてはMとMO2とLi2Oと
のモル比1:1:2xの組合せ、MとM(OH)3 とL
iOHとのモル比1:2:6xの組合せ、MとM(NO
33とLiNO3 のモル比1:2:6xの組合せ等々で
ある。
【0022】又、Mとしてその酸化物の中で一酸化物が
安定であり、加熱によりその酸化数が変化しにくいもの
を用いる場合には、大気中で加熱合成することが出来
る。この様にして得られる複合酸化物Li2xMO1+x
は、これをそのままもしくは必要により粉砕整粒や造粒
等の加工を施した後に負極及び/又は正極の活物質とし
て用いることが出来るし、又、下記の様に、このリチウ
ムを含有する複合酸化物Li2xMO1+x と金属リチウム
もしくはリチウムを含有する物質との電気化学的反応に
依り、この複合酸化物に更にリチウムイオンを吸蔵させ
るか、又は逆にこの複合酸化物からリチウムイオンを放
出させることに依り、リチウム含有量を増加又は減少さ
せたものを活物質として用いても良い。
【0023】この電気化学的反応に用いる為のリチウム
を含有する物質としては、例えば、前述の従来の技術の
項で上げた正極活物質又は負極活物質等に用いられる様
なリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることが
出来る。この様な電気化学的反応に依るリチウムイオン
の吸蔵及び放出は、電池組立後電池内で、又は電池製造
工程の途上に於て電池内もしくは電池外で行うことが出
来、具体的には次の様にして行うことが出来る。
【0024】即ち、(1)該複合酸化物Li2xMO1+x
又はそれらと導電剤及び結着剤等との混合合剤を所定形
状に成形したものを一方の電極(作用極)とし、金属リ
チウム又はリチウムを含有する物質をもう一方の電極
(対極)としてリチウムイオン導電性の非水電解質に接
して両電極を対向させて電気化学セルを構成し、作用極
がカソ−ド反応をする方向に適当な電流で通電し電気化
学的にリチウムイオンを該複合酸化物に吸蔵させる方
法。得られた該作用極をそのまま負極及び/又は正極と
してもしくは負極及び/又は正極を構成する活物質とし
て用いて非水電解質二次電池を構成する。
【0025】(2)該複合酸化物Li2xMO1+x 又はそ
れらと導電剤及び結着剤等との混合合剤を所定形状に成
形し、これにリチウムもしくはリチウムの合金等を圧着
もしくは接触させて積層したものを電極として非水電解
質二次電池に組み込む。電池内でこの積層電極が電解質
に触れることにより一種の局部電池を形成し自己放電し
電気化学的にリチウムが該複合酸化物に吸蔵される方
法。
【0026】(3)該複合酸化物Li2xMO1+x を一方
の電極の活物質とし、もう一方の電極にリチウムを含有
しリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を活物質として
用いた非水電解質二次電池を構成する。電池として使用
時に充電もしくは放電を行うことにより該複合酸化物に
更にリチウムイオンが吸蔵される方法。
【0027】尚、該複合酸化物Li2xMO1+x からリチ
ウムイオンを放出し、リチウム含量を減少させる場合に
は、上記の方法(1)又は(3)において電流の向きを
逆向きに通電すればよい。この様にして得られる組成式
Li2x+yMO1+x (但し、2x+y≧0且つx>0)で
示される複合酸化物を負極及び/または正極の活物質と
して用いる。
【0028】本発明に依る該複合酸化物Li2x+yMO
1+x を活物質とする電極は、これを正負両極の活物質と
して用いて二次電池を構成することが出来るし、又、こ
れを正極または負極の何れか一方の電極として用い、前
述のリチウムもしくはリチウムイオンを吸蔵放出可能な
各種の他の負極活物質又は正極活物質を用いた電極をも
う一方の電極として組み合わせて用いることもできる。
【0029】特に本発明に依る複合酸化物Li2x+yMO
1+x を活物質とする電極は、金属リチウムに対する電極
電位が1.9V以下の卑な領域の充放電容量が大きく、
且つ過充電過放電に依る劣化が小さいため、これを負極
として用い、前述のV25やLixCoO2、LixNi
2、LixMn24 等の金属酸化物の様な金属リチウ
ムに対する電極電位が3Vもしくは4V以上の高電位の
活物質を用いた正極と組み合わせることにより高電圧高
エネルギー密度でかつ大電流充放電特性に優れ、過充電
過放電による劣化の小さい二次電池が得られるので、特
に好ましい。
【0030】一方、電解質としては、γ−ブチロラクト
ン、プロピレンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、
ブチレンカ−ボネ−ト、ジメチルカ−ボネ−ト、ジエチ
ルカ−ボネ−ト、メチルフォ−メイト、1、2−ジメト
キシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメ
チルフォルムアミド等の有機溶媒の単独又は混合溶媒に
支持電解質としてLiClO4,LiPF6,LiB
4,LiCF3SO3 等のリチウムイオン解離性塩を溶
解した有機電解液、ポリエチレンオキシドやポリフォス
ファゼン架橋体等の高分子に前記リチウム塩を固溶させ
た高分子固体電解質あるいはLi3 N,LiI等の無機
固体電解質等々のリチウムイオン導電性の非水電解質で
あれば良い。
【0031】
【作用】本発明の2価酸化物を生成し得る金属もしくは
類金属MとリチウムLiとの複合酸化物Li2x+yMO
1+x を活物質とする電極は、非水電解質中に於て金属リ
チウムに対し少なくとも0〜3Vの電極電位の範囲で安
定に繰り返しリチウムを吸蔵放出(インターカレーショ
ン、デインターカレーションまたはドープ、脱ドープ
等)することが出来、この様な電極反応により繰り返し
充放電可能な二次電池の負極及び/または正極として用
いることが出来る。特にリチウム基準極に対し0〜1.
9Vの卑な電位領域において、安定にリチウムイオンを
吸蔵放出し繰り返し充放電できる高容量領域を有する。
【0032】又、従来この種の電池の電極として用いら
れてきたグラファイト等の炭素質材料に比べ可逆的にリ
チウムイオンを吸蔵放出できる量即ち充放電容量が著し
く大きく、かつ充放電の分極が小さいため、大電流での
充放電が可能であり、更に過充電過放電による分解や結
晶崩壊等の劣化が殆ど見られず、極めて安定でサイクル
寿命の長い電池を得ることが出来る。
【0033】この様に優れた充放電特性が得られる理由
は必ずしも明らかではないが、次の様に推定される。即
ち、本発明による新規な活物質である複合酸化物Li
2x+yMO1+xは、一酸化物MOと酸化リチウムLi2Oと
が加熱により固相反応した組成構造を有し予めリチウム
を含有する複合酸化物Li2xMO1+x に更に電気化学的
にリチウムイオンが吸蔵もしくはLi2xMO1+x から電
気化学的にリチウムイオンが放出されたものであり、こ
の構造中でのリチウムイオンの移動度が高く、且つ、リ
チウムイオンを吸蔵できるサイトが非常に多いためリチ
ウムイオンの吸蔵放出が容易である為と推定される。
【0034】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。図1は、以下の実施例において、本発明に依る非
水電解質二次電池の電極活物質の性能評価に用いたテス
トセルの一例を示すコイン型電池の断面図である。
【0035】図において、1は対極端子を兼ねる対極ケ
ースであり、外側片面をNiメッキしたステンレス鋼製
の板を絞り加工したものである。
【0036】2はステンレス鋼製のネットから成る対極
集電体であり対極ケース1にスポット溶接されている。
対極3は、所定厚みのアルミニウム板を直径15mmに
打ち抜き、対極集電体2に固着し、その上に所定厚みの
リチウムフォイルを直径14mmに打ち抜いたものを圧
着したものである。
【0037】7は外側片面をNiメッキしたステンレス
鋼製の作用極ケースであり、作用極端子を兼ねている。
5は後述の本発明に依る活物質又は従来法に依る比較活
物質を用いて構成された作用極であり、6はステンレス
鋼製のネット、金属バネ、導電性塗料又は導電性接着剤
等々からなる作用極集電体であり、作用極5と作用極ケ
ース7とを電気的に接続している。
【0038】4はポリプロピレンの多孔質フィルムから
なるセパレ−タであり、電解液が含浸されている。8は
ポリプロピレンを主体とするガスケットであり、対極ケ
ース1と作用極ケース7の間に介在し、対極と作用極と
の間の電気的絶縁性を保つと同時に、作用極ケース開口
縁が内側に折り曲げられカシメられることに依って、電
池内容物を密封、封止している。電池の大きさは、外径
20mm、厚さ1.6mmであった。
【0039】(実施例1)作用極5を次の様にして作製
した。市販の一酸化鉄FeOと水酸化リチウムLiOH
・H2OとをFe:Liが所定のモル比となるよう秤量
し、乳鉢を用いて十分混合した後、この混合物を窒素気
流中900゜Cの温度で12時間加熱処理し、冷却後、
粒径53μm以下に粉砕整粒した。
【0040】この様にして得られた生成物を本発明に依
る活物質とし、これに導電剤としてグラファイトを、結
着剤として架橋型アクリル酸樹脂等を重量比30:6
5:5の割合で混合して作用極合剤とし、次にこの作用
極合剤をステンレス鋼製のネットからなる作用極集電体
6と共に2ton/cm2で直径15mm厚さ0.5m
mのペレットに加圧成形した後、200℃で10時間減
圧加熱乾燥したものを作用極とした。本実施例では、F
e:Liのモル比として(活物質a1)1:1(LiF
eO1.5 )及び(活物質a2)1:2(Li2FeO
2 )の2種類のものを作製した。
【0041】又、比較のため、上記の本発明に依る活物
質a1又はa2の代わりに、上記の合成の原料に用いた
と同じ一酸化鉄FeOを粒径53μm以下に粉砕整粒し
たもの(活物質r1)及び上記の導電剤に用いたと同じ
グラファイト(活物質r2)をそれぞれ活物質として用
いた他は、上記の本発明の作用極の場合と同様にして、
同様な電極(比較用作用極)を作成した。
【0042】電解質はプロピレンカ−ボネ−トと1,2
−ジメトキシエタンの体積比1:1混合溶媒に過塩素酸
リチウムLiClO4を1モル/l溶解したものを用い
た。この様にして作製された電池は、室温で1週間放置
エ−ジングされた後、後述の充放電試験が行われた。こ
のエ−ジングによって、対極のリチウム−アルミニウム
積層電極は電池内で非水電解液に触れることにより十分
合金化が進行し、リチウムフォイルは実質的に全てLi
−Al合金となるため、電池電圧は、対極として金属リ
チウムを単独で用いた場合に比べて約0.4V低下した
値となって安定した。
【0043】この様にして作製した電池を、以下、それ
ぞれの使用した作用極の活物質a1,a2,r1,r2
に対応し、それぞれ電池A1,A2,R1,R2と略記
する。これらの電池A1,A2及びR1,R2を0.4
mAの定電流で、充電(電解質中から作用極にリチウム
イオンが吸蔵される電池反応をする電流方向)の終止電
圧−0.4V、放電(作用極から電解質中へリチウムイ
オンが放出される電池反応をする電流方向)の終止電圧
2.5Vの条件で充放電サイクルを行ったときの3サイ
クル目の充電特性を図2に、放電特性を図3に示した。
又、サイクル特性を図4に示した。
【0044】尚、充放電サイクルは充電からスタ−トし
た。図2〜4から明らかな様に、本発明による電池A
1,A2は比較電池R1及びR2に比べ、充放電容量が
著しく大きく、充放電の可逆領域が著しく拡大すること
が分かる。又、充放電の繰り返しによる放電容量の低下
(サイクル劣化)が著しく小さい。更に、全充放電領域
に渡って充電と放電の作動電圧の差が著しく小さくなっ
ており、電池の分極(内部抵抗)が著しく小さく、大電
流充放電が容易なことが分かる。
【0045】(実施例2)実施例1の活物質a1の代わ
りに、市販の一酸化亜鉛ZnOと水酸化リチウムLiO
H・H2OとをZn:Li=1:1のモル比で乳鉢を用
いて十分混合した後、この混合物を大気中850゜Cの
温度で24時間加熱処理し、冷却後、粒径53μm以下
に粉砕整粒したものを作用極の活物質(本発明による活
物質b)として用いた。この作用極の活物質以外は、す
べて実施例1の電池A1と同様にして同様な電池Bを作
製した。
【0046】この様にして得られた電池Bについても実
施例1と同様な充放電サイクル試験を行った。この時の
3サイクル目の充電特性を図5に、放電特性を図6に、
又サイクル特性を図7に示した。図から明かな様に、本
実施例の電池Bは、実施例1の本発明に依る電池A1,
A2と同様に優れた充放電特性を有することが判る。即
ち、充電に依って対極のLi−Al合金から電解質中に
リチウムイオンが放出され、このリチウムイオンが電解
質中を移動して作用極の活物質a1,a2もしくはbと
電極反応し、活物質a1,a2もしくはbに電気化学的
にリチウムイオンが吸蔵されリチウムを含有する複合酸
化物Li1+yFeO1.5、Li2+yFeO2もしくはLi
1+yZnO1.5が生成する。
【0047】次に、放電に際してはこの複合酸化物から
リチウムイオンが電解質中に放出され、電解質中を移動
して対極のLi−Al合金中に吸蔵されることに依り安
定に繰り返し充放電できる。ここで、活物質a1,a2
もしくはbは1回目の充電によりリチウムを含有する複
合酸化物Li1+yFeO1.5、Li2+yFeO2もしくはL
1+yZnO1.5を生成した後は、その後の放電−充電の
サイクルに於ては、完全放電時以外にはリチウムを含有
する複合酸化物Li1+y'FeO1.5、Li2+y'FeO2
しくはLi1+y'ZnO1.5を形成している。
【0048】(実施例3)本実施例の作用極5を次の様
にして作製した。市販の一酸化マンガンMnOと水酸化
リチウムLiOH・H2 OとをMn:Li=1:1のモ
ル比となるよう秤量し、乳鉢を用いて十分混合した後、
この混合物を窒素気流中750゜Cの温度で12時間加
熱処理し、冷却後、粒径53μm以下に粉砕整粒した。
この様にして得られた生成物(LiMnO1.5 )を本発
明に依る活物質cとし、これに導電剤として実施例1で
用いたものと同じグラファイトを、結着剤として架橋型
アクリル酸樹脂等を重量比65:20:15の割合で混
合して作用極合剤とした。次に、この作用極合剤を2t
on/cm2で直径15mm厚さ0.3mmのペレット
に加圧成形した後、炭素を導電性フィラーとする導電性
接着剤からなる作用極集電体6に依り作用極ケース7に
接着し、200℃で10時間減圧加熱乾燥したものを作
用極とした。
【0049】又、比較のため、上記の本発明に依る活物
質cの代わりに、上記の導電剤に用いたと同じグラファ
イトを活物質(活物質r3)として用いた他は、上記の
本発明の作用極の場合と同様にして、同様な電極(比較
用作用極)を作成した。この様にして作製した作用極を
用い、電解質としてプロピレンカ−ボネ−トとエチレン
カ−ボネ−トと1,2−ジメトキシエタンの体積比1:
1:2混合溶媒に過塩素酸リチウムLiClO4 を1モ
ル/l溶解したものを用い、又、対極のリチウム量を実
施例1の1.6倍にした他は全て実施例1と同様にして
同様な電池C及びR3を作製した。
【0050】この様にして得られた電池C及びR3につ
いても実施例1と同様な充放電サイクル試験を行った。
この時の3サイクル目の充電特性を図8に、放電特性を
図9に示した。図から明かな様に、本実施例の電池C
は、実施例1の本発明に依る電池A1,A2と同様に優
れた充放電特性を有することが判る。
【0051】又、本発明に依る電池A1,A2,B及び
Cの活物質a1,a2,b及びcはLi−Al合金電極
に対して1.5〜2.5V(金属リチウムに対して約
1.9〜2.9Vに対応する)の貴な電位領域と同様、
もしくはそれ以上に、−0.4〜+1.5V(金属リチ
ウムに対して約0〜1.9Vに対応する)の卑な電位領
域の充放電容量が大きいことから、非水電解質二次電池
の正極活物質として用いられるのみならず、特に負極活
物質として優れていることが判る。特に、実施例2の活
物質b及び実施例3の活物質cは卑な電位領域での充放
電容量がより大きく、かつより卑な電位を有しており、
負極活物質として特に優れている。
【0052】尚、実施例においては、対極としてリチウ
ム−アルミニウム合金の場合のみを示したが、本発明は
実施例に限定されず、前述の様に、金属リチウム、リチ
ウムとZn,Sn,Pb,Bi等の他金属との合金、炭
素やMoO2,WO2,Fe23 等のリチウム挿入化合
物、ポリアセチレン,ポリピロ−ル,ポリアセン等のリ
チウムイオンをド−プ可能な導電性高分子等々のリチウ
ムを吸蔵放出可能な物質を活物質とする負極や、TiS
2,MoS2,NbSe3 等の金属カルコゲン化物、Mn
2,MoO3,V25,LiXCoO2,LiXNiO2
LixMn24等の金属酸化物、ポリアニリン、ポリピ
ロール、ポリパラフェニレン、ポリアセン等の導電性高
分子、グラファイト層間化合物等々の様なリチウムカチ
オン及び/またはアニオンを吸蔵放出可能な物質を活物
質とする正極を対極として本発明に依る電極と組合わせ
て用いることが出来ることは言うまでもない。
【0053】
【発明の効果】以上詳述した様に、本発明は、非水電解
質二次電池の負極と正極の少なくとも一方の電極の活物
質として、2価酸化物を生成し得る金属もしくは類金属
MとリチウムLiの各々の単体もしくはそれらの化合物
の混合物を加熱して得られる組成式Li2xMO1+x (但
し、x>0)で示される複合酸化物、又は該複合酸化物
とリチウムもしくはリチウム化合物との電気化学反応に
依り該複合酸化物に更にリチウムが吸蔵されるか、又は
該複合酸化物から電気化学反応によりリチウムが放出さ
れて得られる組成式Li2x+yMO1+x (但し、2x+y
≧0)で示される複合酸化物から成る新規なリチウムイ
オン吸蔵放出可能物質を用いたものであり、充放電によ
り可逆的にリチウムイオンを吸蔵放出出来る量即ち充放
電容量が著しく大きく、かつ充放電の分極が小さいた
め、大電流での充放電が可能であり、更に過充電過放電
による分解や結晶崩壊等の劣化が殆ど見られず、極めて
安定でサイクル寿命の長い電池を得ることが出来る。
又、特に、本発明による該活物質を負極活物質として用
いた場合には、高電圧かつ高エネルギ−密度の電池を得
ることが出来る等々優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において実施した電池の構造の一例を示
した説明図である。
【図2】本発明による電池と従来電池の3サイクル目の
充電特性の比較を示した説明図である。
【図3】本発明による電池と従来電池の3サイクル目の
放電特性の比較を示した説明図である。
【図4】本発明による電池と従来電池のサイクル特性の
比較を示した説明図である。
【図5】本発明による電池と従来電池の3サイクル目の
充電特性の比較を示した説明図である。
【図6】本発明による電池と従来電池の3サイクル目の
放電特性の比較を示した説明図である。
【図7】本発明による電池と従来電池のサイクル特性の
比較を示した説明図である。
【図8】本発明による電池と従来電池の3サイクル目の
充電特性の比較を示した説明図である。
【図9】本発明による電池と従来電池の3サイクル目の
放電特性の比較を示した説明図である。
【符号の説明】
1 対極ケ−ス 2 対極集電体 3 対極 4 セパレ−タ 5 作用極 6 作用極集電体 7 作用極ケ−ス 8 ガスケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 明史 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイコ ー電子工業株式会社内 (72)発明者 岩崎 文晴 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイコ ー電子工業株式会社内 (72)発明者 矢作 誠治 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイコ ー電子工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極と正極とリチウムイオン導電性の非
    水電解質とから少なくとも成る非水電解質二次電池にお
    いて、負極と正極の少なくとも一方の電極の活物質とし
    て、2価酸化物を生成し得る金属もしくは類金属Mとリ
    チウムLiの各々の単体もしくはそれらの化合物の混合
    物をMの原子価が2価となる様に酸素量又は酸素分圧を
    制御した雰囲気中で加熱して得られる組成式Li2xMO
    1+x(但し、x>0)で示される複合酸化物、又は該複
    合酸化物とリチウムもしくはリチウム含有物との電気化
    学反応に依り該複合酸化物に更にリチウムが吸蔵される
    か、又は該複合酸化物から電気化学反応によりリチウム
    が放出されて得られる組成式Li2x+yMO1+x (但し、
    2x+y≧0)で示される複合酸化物を用いたことを特
    徴とする非水電解質二次電池。
  2. 【請求項2】該金属もしくは該類金属Mの酸素を有する
    2価化合物と酸素を有するリチウム化合物とを混合し、
    非酸化性雰囲気中で加熱して組成式Li2xMO1+x で示
    される複合酸化物を得、次にこの複合酸化物を負極と正
    極の少なくとも一方の電極の活物質として用い、電池を
    組立後電池内で、又は電池製造工程の途上において電池
    内もしくは電池外で、この複合酸化物Li2xMO1+x
    リチウムもしくはリチウム含有物との電気化学的反応に
    依りこの複合酸化物Li2xMO 1+x に更にリチウムを含
    有させるか、又はこの複合酸化物からリチウムイオンを
    放出させることに依り請求項1に記載の複合酸化物Li
    2x+yMO1+x を得ることを特徴とする請求項1に記載の
    非水電解質二次電池の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0728702A1 (en) * 1995-02-27 1996-08-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Lithium iron oxide, synthesis of the same, and lithium cell utilizing the same
EP0837037A1 (en) * 1996-10-15 1998-04-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Lithium iron oxide, method of its synthesis, and lithium battery using the same
JPH10270088A (ja) * 1997-03-27 1998-10-09 Seiko Instr Inc 非水電解質二次電池
JP2005276612A (ja) * 2004-03-24 2005-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池用正極及びその製造方法、並びに、この正極を用いた電池及びその製造方法

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