JPH06203828A - 非水電解質電池 - Google Patents

非水電解質電池

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JPH06203828A
JPH06203828A JP4360590A JP36059092A JPH06203828A JP H06203828 A JPH06203828 A JP H06203828A JP 4360590 A JP4360590 A JP 4360590A JP 36059092 A JP36059092 A JP 36059092A JP H06203828 A JPH06203828 A JP H06203828A
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JP
Japan
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battery
electrolyte battery
positive electrode
current collector
aqueous electrolyte
Prior art date
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Pending
Application number
JP4360590A
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English (en)
Inventor
Hisashi Tsukamoto
寿 塚本
Hiroaki Yoshida
吉田  浩明
Shigeo Komatsu
茂生 小松
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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    • 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

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】電解液中の塩濃度が放電容量を規制するという
従来電池の欠点を改善し、極めて高容量で安価な非水電
解質電池を提供する。 【構成】アルカリ金属塩と該アルカリ金属塩が解離して
生ずるカチオンもしくはアニオンをインターカレーショ
ンする炭素材との混合物と集電体とからなる正極板およ
び負極板を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解質電池に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、機器の小型化・ポータブル化にと
もない小型軽量で高エネルギー密度の電池が望まれてい
る。このような電池として非水電解質電池がある。この
電池は、従来の水溶液電解液電池に比較して高電圧な点
で優れている。なかでもアルカリ金属塩を含む電解質を
用い、正極および負極にこのアルカリ金属塩が解離して
生ずるカチオンおよびアニオンがインターカレションす
るような炭素材を用いた非水電解質電池は、4V級の高
い放電電圧が得られしかも他の無機材料を活物質に用い
た電池よりも材料費が安価なので非常に有望である。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】しかし、上記の炭素電
極からなる非水電解質電池には次のような問題点があっ
た。すなわち、炭素電極の充放電機構は電解質イオンの
インターカレーションであるから、電解質中に含まれる
アルカリ金属塩の量(濃度)が充放電容量を制限してい
る。したがって、電池容量を増大させるためには電解質
量を増加させねばならない。この結果、電池の体積が増
大しエネルギー密度の向上に限界があった。また、小さ
なカチオン種(アルカリ金属イオン)だけでなく大きな
アニオン種も電極間を移動しなければならなかったので
高率放電性能が低いなどの問題があった。
【0004】また、この非水電解質電池は、充放電電圧
が4V以上ときわめて高いので耐酸化性能に優れた電解
質を用いる必要がある。プロピレンカーボネートは、分
解電圧が約5V vs. Li/Li+ と知られている有機電解液
の中ではもっとも貴であり、高純度なものが入手しやす
いなど利点が多いが、充電中に負極表面で還元分解され
るという問題があったために用いることができなかっ
た。
【0005】また、高電圧が得られる反面、従来のニッ
ケル集電体またはステンレス集電体では正極中で溶解す
るという問題があった。また、負極集電体には従来ニッ
ケルもしくはステンレスを用いていたが、より安価な材
料をもちいることが望まれていた。さらに、電池を軽量
化するために軽量な集電体が望まれていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリ金属
塩と該アルカリ金属塩が解離して生ずるカチオンもしく
はアニオンをインターカレーションする炭素材との混合
物および集電体からなる正極板および負極板を備えたこ
とを特長とする非水電解質電池をもちいて前記課題を解
決するものである。また、本非水電解質電池の炭素材料
にX線広角回折法による(002)面の面間隔(d002
)が3.37オングストローム以上でありC軸方向の
結晶子の大きさ(Lc)が150オングストローム以下
であるような炭素材料を用いて、電解質にプロピレンカ
ーボネートを用いることにより問題の解決を更に容易に
するものである。また、正極の集電体にアルミニウムも
しくはその合金を用い、負極の集電体にニッケルメッキ
鋼もしくは銅またはこれらの合金を用い、もしくは正極
の集電体に4.5V vs. Li/Li+ 以上でも安定な電子伝導性
高分子を用いて上記問題点の解決を更に容易にするもの
である。
【0007】
【作用】本発明の非水電解質電池では、アルカリ金属塩
をこのアルカリ金属塩が解離して生ずるカチオンもしく
はアニオンをインターカレーションする炭素材に固体状
態で添加している。電極反応にともなって、電解質中の
反応物質(アルカリ金属塩が解離して生じるカチオンお
よびアニオン)が消費されて濃度が低下すると、電極中
の塩が溶解して反応物質が供給される。このため初期の
塩濃度に制限されることなく反応が進行する。この結
果、従来の炭素電極を正負極に用いた非水電解質電池に
比較して高容量が得られる。
【0008】また、本発明の非水電解質電池では、正極
中に反応に必要なアニオン種が保持されているのであえ
て負極側からセパレーター層を経由してアニオン種を輸
送する必要が無い。すなわち、反応で消費されたアニオ
ンは、固体状態から溶融して電極中の電解質に直接供給
される。この結果、大きなアニオン種の輸送が必要無い
ので電池の高率放電性能が著しく向上する。
【0009】また、本発明の非水電解質電池では、耐酸
化性の優れたプロピレンカーボネートを電解液として用
いるために、プロピレンカーボネートと反応しにくい比
較的結晶化度の低い炭素材料(X線広角回折法による
(002)面の面間隔(d002)が3.37オングスト
ローム以上でありC軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が
150オングストローム以下)を電極材料に用いてい
る。プロピレンカーボネートの還元分解は負極上でおこ
るので、本発明の非水電解質電池では正極材料および負
極材料のうち、すくなくとも負極材料に上記結晶化度の
低い炭素材料を用いることが必要である。
【0010】また、正極集電体のアルミニウムは、従来
のニッケルやステンレスに比較して耐酸化性能が非常に
優れておりしかも安価である。同様に負極集電体のニッ
ケルメッキ鋼板もしくは銅板も従来のニッケルもしくは
ステンレス板に比較して安価である。また、電子伝導性
高分子を集電体に用いた場合には、電池を一層軽量化で
きる。
【0011】
【実施例】以下に本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。 [実施例]図1は、本発明の一実施例である角形電池の
要部断面図である。実施例電池の寸法は、厚さ6mm 、幅
16mm、高さ65mmである。1はステンレス製の角形の電槽
であり、その内部に負極2と、セパレータ3、正極4を
収納している。5は電槽蓋であり、電槽1の開口部に溶
接されている。容器蓋5の中央部にはガスケット6を介
してリベット7がカシメ固定されており、正極端子9が
溶接されている。8はゴム製の安全弁であり、リベット
7の開口部を封止している。10は、電池の異常時に内
部圧力が上昇し、安全弁8が作動した時の排気口であ
る。11は、負極2の上部に設けた負極リードであり、
電槽蓋5の内面に接続されている。12は、正極4の上
部に設けた正極リードであり、正極接続片13を介して
リベット7 と接続している。電解液は、プロピレンカー
ボネートに、LiPF6 3モル/リットルの割合で溶解した
ものを用いた。
【0012】負極板を次のように作製した。平均粒径25
μm,Lc=13.1 オングストローム, d002 =3.67 オングス
トロームの炭素材料(三菱油化製LGH )70重量部、LiPF
6 4重量部、結着剤のポリフッ化ビニリデン8 部と溶剤
のN-メチル-2- ピロリドン18部を混練してペースト状に
し、厚さ60ミクロン,開孔率46% のニッケルメッキした
鉄製穿孔版に塗布した後、乾燥、圧延を施して厚さが0.
400mm で幅が15mm、長さが57mmになるように切り出し
た。
【0013】上記負極原料において、炭素材料の平均粒
径は本発明において基本的に制限されるものではない。
負極板の放電容量をできるだけ大きくするためには炭素
材料の黒鉛化度ができるだけ高い方が望ましいが、プロ
ピレンカーボネートとの反応性を抑制するためには、 d
002 が3.37オングストローム以上でありLcが 150オング
ストローム以下でなければならない。
【0014】なお、集電体には、当初ニッケルもしくは
ステンレスを用いていたが、これらは高価であるので上
記のようにニッケルメッキ鋼板に変更した。さらに大電
流放電を行う場合には、銅の集電体を用いた。両者とも
試験の結果、全く使用に問題がなかった。
【0015】正極は、次のように作製した。平均粒径6
μm 、Lc=600オングストローム、 d002 =3.357オングス
トロームのグラファイト(Lonza 人造黒鉛KS6 )70重量
部、LiPF6 4 重量部、結着剤のポリフッ化ビニリデン8
部と溶剤のN-メチル-2- ピロリドン18部を混練してペー
スト状にし、厚さ20ミクロンのアルミニウム箔に塗布し
た後、乾燥、圧延を施して厚さが0.200mm で幅が14mm、
長さが55mmになるように切り出した。上記正極板におい
て、炭素材料の平均粒径は本発明において基本的に制限
されるものではない。正極板の放電容量をできるだけ大
きくするためには炭素材料の黒鉛化度が高い方が望まし
い。
【0016】上記ではアルミニウム箔を集電体に用いて
いるが、これは次のような分極測定の結果にもとずくも
のである。すなわち、炭素正極板の作動電位は、 4.5V
vs.Li/Li+ であるが、鋼材、ニッケル、各種ステンレス
鋼等は、すべてこの電位領域で溶解した。安定な金属
は、アルミニウムおよびチタン合金だけであった。チタ
ン合金は、高価であるので実用上は、アルミニウムを集
電体に用いることが望ましいと分かった。
【0017】上記正極を厚さ0.25mm、目付け50 g/m2
ポリプロピレン不織布セパレーターで被覆し、正極板7
枚と負極板8枚とで図1の本発明の実施例の角形電池
(A)を試作した。
【0018】つぎに正極の集電体にポリパラフェニレン
を用いた以外は、上記実施例と同様の電池を本発明の電
池(B)とする。
【0019】なお、上記実施例の電池および後述の比較
例の電池では、アルカリ金属塩としてLiPF6 を用いてい
るが、他のLi塩、たとえば LiClO4 ,LiAsF6 ,LiCO3 SO
4 ,LiBF4 などを用いてもよい。また、ナトリウム塩や
カリウム塩を用いてもよい。さらに数種類のアルカリ金
属塩を同時に用いてもよい。
【0020】また、本実施例では、電解液にプロピレン
カーボネートをもちいているが、プロピレンカーボネー
トと同等もしくはより優れた耐酸化性を有する無機固体
電解質や有機電解質を用いてもよい。本発明の電池で
は、電解質は基本的にカチオン伝導体であれば良く、ア
ニオン伝導性能は必須要件ではない。したがって、電解
質選択の範囲が広くなるという優れた特長がある。 [比較例]負極および正極にLiPF6 を添加していない以
外は実施例の電池と同様な電池を試作し比較例の電池
(ア)とした。
【0021】正極にLiPF6 を添加していない以外は実施
例の電池と同様な電池を試作し比較例の電池(イ)とし
た。
【0022】負極にLiPF6 を添加していない以外は実施
例の電池と同様な電池を試作し比較例の電池(ウ)とし
た。
【0023】実施例の電池および比較例の電池を最大70
mAの電流で端子電圧4.5Vで10時間定電圧充電した後、同
じく70mAの電流で3.5Vまで放電した。電池(A)の放電
容量を1として、他の電池(B)、(ア)、(イ)、
(ウ)の容量を表1に示す。また、電池(A)の重量を
1とした場合の重量比較も併せて記す。
【0024】
【表1】 表1から明らかなように本発明の電池(A),(B)は
従来の電池(ア)、(イ)、(ウ)に比較して放電容量
が多い点で優れている。また、電池(B)は特に軽量な
点が優れている。
【0025】
【発明の効果】本発明の非水電解質電池は、電解液中の
塩濃度が放電容量を規制するという従来電池の欠点を改
善するものであり、極めて高容量で安価な電池を提供す
るものである。
【0026】なお本発明は、基本的に電池形状に制限さ
れるものではなく、実施例の角形電池の他に円筒形、ボ
タン形またはフィルム状電池等に本発明を適用しても同
様の効果が得られる。また、本発明は二次電池にも一次
電池にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である角形電池の要部断面
図。
【符号の説明】
1 電槽 2 負極 3 セパレータ 4 正極 5 電槽蓋 6 ガスケット 7 リベット 8 安全弁 9 正極端子 10 排気孔 11 負極リード 12 正極リード 13 正極接続片

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ金属塩と該アルカリ金属塩が解離
    して生ずるカチオンもしくはアニオンをインターカレー
    ションする炭素材との混合物と集電体とからなる正極板
    および負極板を備えたことを特長とする非水電解質電
    池。
  2. 【請求項2】炭素材料がX線広角回折法による(00
    2)面の面間隔(d002)が3.37オングストローム
    以上でありC軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が150
    オングストローム以下であり、電解質にプロピレンカー
    ボネートを用いたことを特長とする請求項1の非水電解
    質電池。
  3. 【請求項3】正極の集電体にアルミニウムもしくはその
    合金を用いたことを特長とする請求項1の非水電解質電
    池。
  4. 【請求項4】負極の集電体にニッケルメッキ鋼もしくは
    銅またはこれらの合金を用いたことを特長とする請求項
    1の非水電解質電池。
  5. 【請求項5】正極の集電体に4.5V vs. Li/Li+ 以上でも
    安定な電子伝導性高分子を用いたことを特長とする請求
    項1の非水電解質電池。
JP4360590A 1992-12-28 1992-12-28 非水電解質電池 Pending JPH06203828A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008059903A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Toyo Tanso Kk リチウムイオン二次電池負極用炭素材料、低結晶性炭素含浸リチウムイオン二次電池負極用炭素材料、負極電極板、及び、リチウムイオン二次電池

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