JPH06223818A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
- Publication number
- JPH06223818A JPH06223818A JP4244016A JP24401692A JPH06223818A JP H06223818 A JPH06223818 A JP H06223818A JP 4244016 A JP4244016 A JP 4244016A JP 24401692 A JP24401692 A JP 24401692A JP H06223818 A JPH06223818 A JP H06223818A
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- JP
- Japan
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- lithium
- positive electrode
- secondary battery
- chevrel phase
- chevrel
- 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.)
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-
- Y—GENERAL 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
- 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
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シェブレル相硫化物を正極とするリチウム2
次電池の充放電特性を改良する。 【構成】 一般式Mx Mo6 S8-y Oz [M=金属,x
=2〜4、y=0〜2未満、z=0.07〜0.10]
で表されるクラスター硫化物の一種であるシェブレル相
を正極とし、負極にリチウムあるいはリチウムを含有す
る炭素を用いる。
次電池の充放電特性を改良する。 【構成】 一般式Mx Mo6 S8-y Oz [M=金属,x
=2〜4、y=0〜2未満、z=0.07〜0.10]
で表されるクラスター硫化物の一種であるシェブレル相
を正極とし、負極にリチウムあるいはリチウムを含有す
る炭素を用いる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池に関
するものであり、さらに詳しく述べるならばクラスター
硫化物の一種であるシェブレル相を正極とし、負極にリ
チウムあるいはリチウムを含有する炭素を用いるリチウ
ム2次電池に関する。
するものであり、さらに詳しく述べるならばクラスター
硫化物の一種であるシェブレル相を正極とし、負極にリ
チウムあるいはリチウムを含有する炭素を用いるリチウ
ム2次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】シェブレル相硫化物は一般式Mx Mo6
S8-y [M=金属]で表されるクラスター化合物であ
り、Mの種類だけでも現在48種類あると報告されてい
る。シェブレル相は半導体から102 S・cm程度まで
の良導電性を有し、かつ陽イオンや陰イオンを収容し得
る多数の空格子サイトを有するため、これまでもリチウ
ム2次電池用正極として多くの研究例が報告されてい
る。
S8-y [M=金属]で表されるクラスター化合物であ
り、Mの種類だけでも現在48種類あると報告されてい
る。シェブレル相は半導体から102 S・cm程度まで
の良導電性を有し、かつ陽イオンや陰イオンを収容し得
る多数の空格子サイトを有するため、これまでもリチウ
ム2次電池用正極として多くの研究例が報告されてい
る。
【0003】特開平1−315950号公報は、シェブ
レル相化合物を正極に使用したリチウム電池セルを開示
しており、特に正極に使用する物質としてCux Mo6
S8- y (但し、x=2〜4、y=0〜0.25)で表さ
れる化合物と有機高分子化合物との混合物を充填した構
造体をS含有気体中で加熱したものを用いることを開示
している。
レル相化合物を正極に使用したリチウム電池セルを開示
しており、特に正極に使用する物質としてCux Mo6
S8- y (但し、x=2〜4、y=0〜0.25)で表さ
れる化合物と有機高分子化合物との混合物を充填した構
造体をS含有気体中で加熱したものを用いることを開示
している。
【0004】シェブレル相化合物は、単位式量当りの分
子量が900〜1000程度になるので、単位質量当り
のエネルギー密度ではほかの低分子量の化合物に比して
不利にはなるが、例えば酸化物などで必要とされるカー
ボン、アセチレンブラックなどの正極合材を必要としな
いため、体積当りのエネルギー密度を考慮するときは有
利になる。
子量が900〜1000程度になるので、単位質量当り
のエネルギー密度ではほかの低分子量の化合物に比して
不利にはなるが、例えば酸化物などで必要とされるカー
ボン、アセチレンブラックなどの正極合材を必要としな
いため、体積当りのエネルギー密度を考慮するときは有
利になる。
【0005】酸素を含有するシェブレル相がこれまでに
も2〜3の報告があり、例えば、SYNTHESIS AND PROPER
TIES OF O −CONTAINING CHEVREL PHASES, AXMo6S6O2(A
=Co, Ni, Cu and B), Umarji et al, Mat. Res. Bull,
Vol. 15, pp1025-1031, 1980には上記組成の相の超伝導
特性などの物性の報告がなされている。酸素含有シェブ
レル相の合成方法は、数100℃に加熱したシェブレル
相硫化物に空気あるいは酸素を含む気体,例えばNO,
SO2 等を接触させることで比較的簡単に合成できる。
しかしながらこれらの報告には電池に使用した場合の特
性への言及がない。
も2〜3の報告があり、例えば、SYNTHESIS AND PROPER
TIES OF O −CONTAINING CHEVREL PHASES, AXMo6S6O2(A
=Co, Ni, Cu and B), Umarji et al, Mat. Res. Bull,
Vol. 15, pp1025-1031, 1980には上記組成の相の超伝導
特性などの物性の報告がなされている。酸素含有シェブ
レル相の合成方法は、数100℃に加熱したシェブレル
相硫化物に空気あるいは酸素を含む気体,例えばNO,
SO2 等を接触させることで比較的簡単に合成できる。
しかしながらこれらの報告には電池に使用した場合の特
性への言及がない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは「電気化
学」Vol.57,No.6(1989)第553〜5
56頁においてNi2 Mo6 S7.5 ,Ni2 Mo6 S
7.9 ,Ni1.7 Mo6 S7. 7 ,Ni1.7 Mo6 S7.4 を
正極に用いたリチウム電池につき放電特性を測定したと
ころ、Ni2 Mo6 S7.5 が最も良好な特性を示すが、
約50回の充放電サイクルで特性は次第に低下し、最初
の70%に低下することを報告した。なお、図3には実
験に使用したリチウム電池を示し、図中、1は導線、2
はしんちゅうプランジャ−、3はスプリング、4はパイ
レックスチューブ、5はLi箔、6はセパレータ、7は
シェブレル化合物を用いた正極ペレット、8はプラスチ
ックチューブ、9はOリングである。電解質には炭酸プ
ロピレンの1M−LiClO4溶液を使用した。
学」Vol.57,No.6(1989)第553〜5
56頁においてNi2 Mo6 S7.5 ,Ni2 Mo6 S
7.9 ,Ni1.7 Mo6 S7. 7 ,Ni1.7 Mo6 S7.4 を
正極に用いたリチウム電池につき放電特性を測定したと
ころ、Ni2 Mo6 S7.5 が最も良好な特性を示すが、
約50回の充放電サイクルで特性は次第に低下し、最初
の70%に低下することを報告した。なお、図3には実
験に使用したリチウム電池を示し、図中、1は導線、2
はしんちゅうプランジャ−、3はスプリング、4はパイ
レックスチューブ、5はLi箔、6はセパレータ、7は
シェブレル化合物を用いた正極ペレット、8はプラスチ
ックチューブ、9はOリングである。電解質には炭酸プ
ロピレンの1M−LiClO4溶液を使用した。
【0007】このような放電特性低下の原因を検討した
ところ、上記シェブレル相硫化物を正極とした場合、充
放電を繰り返すことによって、結晶内へのリチウムの出
入りが何度も行われ、結晶格子が崩れてしまい充放電特
性が悪くなることを見出した。シェブレル相化合物は、
原料は安価なものが多く、将来の高エネルギー密度リチ
ウム2次電池用正極として、特に電気自動車用など大量
生産向の正極として期待されているが、上述のような問
題点があるためにシェブレル相化合物は実用材料までに
至っていない。
ところ、上記シェブレル相硫化物を正極とした場合、充
放電を繰り返すことによって、結晶内へのリチウムの出
入りが何度も行われ、結晶格子が崩れてしまい充放電特
性が悪くなることを見出した。シェブレル相化合物は、
原料は安価なものが多く、将来の高エネルギー密度リチ
ウム2次電池用正極として、特に電気自動車用など大量
生産向の正極として期待されているが、上述のような問
題点があるためにシェブレル相化合物は実用材料までに
至っていない。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は構造内に酸素を
含有するシェブレル相硫化物:一般式Mx Mo6 S8- y
Oz [M=金属,好ましくはNi,Co,Cuの1種以
上、x=2〜4、y=0〜2未満、z=0.07〜0.
20]で表されるシェブレル相化合物を正極とし、負極
にリチウムあるいはリチウムを含有する炭素(炭素層間
にLiがインターカレートした化合物)を用いて、従来
のシェブレル相硫化物よりも安定化した構造のシェブレ
ル相硫化物を正極とするリチウム電池を提供し、サイク
ル特性を向上することを骨子とする。
含有するシェブレル相硫化物:一般式Mx Mo6 S8- y
Oz [M=金属,好ましくはNi,Co,Cuの1種以
上、x=2〜4、y=0〜2未満、z=0.07〜0.
20]で表されるシェブレル相化合物を正極とし、負極
にリチウムあるいはリチウムを含有する炭素(炭素層間
にLiがインターカレートした化合物)を用いて、従来
のシェブレル相硫化物よりも安定化した構造のシェブレ
ル相硫化物を正極とするリチウム電池を提供し、サイク
ル特性を向上することを骨子とする。
【0009】本発明は酸素含有シェブレル相化合物のM
は主にNi,Co,Cuの少なくとも1種であるが、以
下MがNiであるNi−Moシェブレル相化合物(以下
「NMSO」と言うこともある)と通常の硫化物型シェ
ブレル相化合物をリチウム電池の正極に使用した場合の
充放電特性を調査し、上記一般式で酸素モル数z=0.
07〜0.20の範囲においてNMSOは通常の硫化物
系シェブレル相化合物よりも性能が優れていることを見
出した。また、NMSOは有機バインダーによりペレッ
ト状に成型したもの、シート状などとして正極に使用す
ることができる。
は主にNi,Co,Cuの少なくとも1種であるが、以
下MがNiであるNi−Moシェブレル相化合物(以下
「NMSO」と言うこともある)と通常の硫化物型シェ
ブレル相化合物をリチウム電池の正極に使用した場合の
充放電特性を調査し、上記一般式で酸素モル数z=0.
07〜0.20の範囲においてNMSOは通常の硫化物
系シェブレル相化合物よりも性能が優れていることを見
出した。また、NMSOは有機バインダーによりペレッ
ト状に成型したもの、シート状などとして正極に使用す
ることができる。
【0010】本発明のリチウム電池の電解質は1mol
/lの過塩酸素酸リチウムをPCあるいはPC−DEL
溶液に溶解したものなどを使用することができ、またそ
の構造はCurrent topics in Material Science Vol 3,
P55 〜129,1979 Ed. E.Kaldis, North-Holland Pub.Co.
などに記載されており、これらは何れも公知に属す
る。
/lの過塩酸素酸リチウムをPCあるいはPC−DEL
溶液に溶解したものなどを使用することができ、またそ
の構造はCurrent topics in Material Science Vol 3,
P55 〜129,1979 Ed. E.Kaldis, North-Holland Pub.Co.
などに記載されており、これらは何れも公知に属す
る。
【0011】
【作用】本発明で使用するNMSOは第1回目の充放電
により電池電圧が約20%程度高くなり、その後は安定
するために実用特性が安定し良好である。この充放電圧
の変化は、第1回目にリチウムがNMSO構造内にイン
タ−カレートしたときに、ある種の相転移が起こり第2
相が形成されたためと考えられる。この第2相は第3回
目以降の充放電サイクルでは保持されると考えられる。
また本発明で使用するNMSOは電池の容量の充放電中
の変化を非常にすくなるする。これは、硫黄に比し電気
陰性度の大きな値を有する酸素がシェブレル構造内に取
込まれたことにより、構造が安定化したことによると考
えられる。
により電池電圧が約20%程度高くなり、その後は安定
するために実用特性が安定し良好である。この充放電圧
の変化は、第1回目にリチウムがNMSO構造内にイン
タ−カレートしたときに、ある種の相転移が起こり第2
相が形成されたためと考えられる。この第2相は第3回
目以降の充放電サイクルでは保持されると考えられる。
また本発明で使用するNMSOは電池の容量の充放電中
の変化を非常にすくなるする。これは、硫黄に比し電気
陰性度の大きな値を有する酸素がシェブレル構造内に取
込まれたことにより、構造が安定化したことによると考
えられる。
【0012】
【実施例】以下実施例に基づきこの発明を詳細に説明す
る。出発試料のシェブレル相硫化物はNi2 Mo6 S
7.5 を用いた。この試料を300℃の電気炉内に置き、
0.15%NOを含むHeガス(バランスガス)を流速
4ml・S-1により12〜24時間通してNMSを酸化
した。上記ニッケルシェブレル相硫化物中の酸素量はバ
ランスガスの通過時間により変化し、Ni2 Mo6 S
7.5 O0.05(比較例のNMSO)およびNi2 Mo6 S
7.5 O0.1 (実施例のNMSO)の組成をもつ試料が合
成された。酸素の含量は反応の前後の重量変化から算出
した。各試料のシェブレル相の同定および酸素が含有す
ることによる格子定数の変化はX線粉末回折法により確
認算出した。
る。出発試料のシェブレル相硫化物はNi2 Mo6 S
7.5 を用いた。この試料を300℃の電気炉内に置き、
0.15%NOを含むHeガス(バランスガス)を流速
4ml・S-1により12〜24時間通してNMSを酸化
した。上記ニッケルシェブレル相硫化物中の酸素量はバ
ランスガスの通過時間により変化し、Ni2 Mo6 S
7.5 O0.05(比較例のNMSO)およびNi2 Mo6 S
7.5 O0.1 (実施例のNMSO)の組成をもつ試料が合
成された。酸素の含量は反応の前後の重量変化から算出
した。各試料のシェブレル相の同定および酸素が含有す
ることによる格子定数の変化はX線粉末回折法により確
認算出した。
【0013】上記二種類の酸素を含有するニッケルシェ
ブレル相硫化物を正極ペレットとするために、各々を別
々に約3mgを精秤し、結合剤として5wt%のフッ素
樹脂(商品名テフロン)を加え、加圧成形してペレット
化した。
ブレル相硫化物を正極ペレットとするために、各々を別
々に約3mgを精秤し、結合剤として5wt%のフッ素
樹脂(商品名テフロン)を加え、加圧成形してペレット
化した。
【0014】実験用のリチウム2次電池は、図3に示す
構造のものであったが、しんちゅうプランジャ2をステ
ンレスと変えたものである。電解液として炭酸プロピレ
ン(PC)中に過塩素酸リチウム(LiClO4 )を溶
解して1mol/lとしたものを用いた。リチウム2次
電池特性測定は電流密度を0.5A/dm2 とし定電流
法にて行った。この時、測定用電池はアルゴン雰囲気中
のドライボックス中に設定した。
構造のものであったが、しんちゅうプランジャ2をステ
ンレスと変えたものである。電解液として炭酸プロピレ
ン(PC)中に過塩素酸リチウム(LiClO4 )を溶
解して1mol/lとしたものを用いた。リチウム2次
電池特性測定は電流密度を0.5A/dm2 とし定電流
法にて行った。この時、測定用電池はアルゴン雰囲気中
のドライボックス中に設定した。
【0015】図1にNi2 Mo6 S7.5 O0.1 を正極に
用いたときの第1回目と第2回目の充放電曲線を示す。
横軸にはNMSO1モルにインターカレートしたLiモ
ル数(x)を示している。このとき充放電の終上電圧は
各々2.7Vおよび1.5Vに設定した。x=0で始ま
りx=約1で終了する第1回目の充放電サイクルに比べ
て、x=約0.5で開始終了する第2回目のサイクルの
充放電電圧が高くなった。また、第1回目に比し第2回
目の放電容量は約2割減少したが、その後は放電容量が
維持された
用いたときの第1回目と第2回目の充放電曲線を示す。
横軸にはNMSO1モルにインターカレートしたLiモ
ル数(x)を示している。このとき充放電の終上電圧は
各々2.7Vおよび1.5Vに設定した。x=0で始ま
りx=約1で終了する第1回目の充放電サイクルに比べ
て、x=約0.5で開始終了する第2回目のサイクルの
充放電電圧が高くなった。また、第1回目に比し第2回
目の放電容量は約2割減少したが、その後は放電容量が
維持された
【0016】図2にNi2 Mo6 S7.5 、Ni2 Mo6
S7.5 O0.05、Ni2 Mo6 S7.5O0.1 を正極に用い
たときの容量サイクル数の関係を示す。Ni2 Mo6 S
7.5O0.1 はほかの二つの組成に比べて、サイクル数が
増加しても容量低下が極めて少ないことがわかる。60
回目のサイクルにおいて80Ah/kgの容量密度であ
り、正極だけのエネルギー密度は152wh/kgとな
った。
S7.5 O0.05、Ni2 Mo6 S7.5O0.1 を正極に用い
たときの容量サイクル数の関係を示す。Ni2 Mo6 S
7.5O0.1 はほかの二つの組成に比べて、サイクル数が
増加しても容量低下が極めて少ないことがわかる。60
回目のサイクルにおいて80Ah/kgの容量密度であ
り、正極だけのエネルギー密度は152wh/kgとな
った。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、酸素を含有するシ
ェブレル相硫化物は比較的容易に合成が可能であり、ま
た酸素含有量を上述のように限定することにより充放電
特性が実用電池として要求されるレベルに到達すること
が出来たために本発明は産業上の有用性が大きい。
ェブレル相硫化物は比較的容易に合成が可能であり、ま
た酸素含有量を上述のように限定することにより充放電
特性が実用電池として要求されるレベルに到達すること
が出来たために本発明は産業上の有用性が大きい。
【図1】 Ni2 Mo6 S7.5 O0.1 を正極とするリチ
ウム2次電池の第1回目と第2回目の充放電サイクルを
示す図である。
ウム2次電池の第1回目と第2回目の充放電サイクルを
示す図である。
【図2】 三種の組成を持つ正極を用いたときの容量密
度とサイクルの関係を示す図である。
度とサイクルの関係を示す図である。
【図3】 リチウム電池の概念図である。
1 導線 2 プランジャ− 3 スプリング 4 パイレックスチューブ 5 Li箔 6 セパレータ 7 正極ペレット 8 プラスチックチューブ 9 Oリング
Claims (1)
- 【請求項1】 一般式Mx Mo6 S8-y Oz [M=金
属,x=2〜4,y=0〜2未満、z=0.07〜0.
20]で表されるシェブレル相を正極とし、負極にリチ
ウムあるいはリチウムを含有する炭素を用いるリチウム
2次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4244016A JPH06223818A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4244016A JPH06223818A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | リチウム二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06223818A true JPH06223818A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=17112461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4244016A Pending JPH06223818A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06223818A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001029919A1 (en) * | 1999-10-18 | 2001-04-26 | Bar-Ilan University | High-energy, rechargeable, electrochemical cells non-aqueous electrolytes |
US6713212B2 (en) | 1999-10-18 | 2004-03-30 | Bar-Ilan University | High-energy, rechargeable electrochemical cells |
US6932955B2 (en) | 1998-01-30 | 2005-08-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Powder material, electrode structure, production processes thereof, and secondary lithium battery |
CN109616642A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-12 | 桑顿新能源科技有限公司 | 复合正极材料、其制备方法及锂离子电池 |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP4244016A patent/JPH06223818A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6932955B2 (en) | 1998-01-30 | 2005-08-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Powder material, electrode structure, production processes thereof, and secondary lithium battery |
WO2001029919A1 (en) * | 1999-10-18 | 2001-04-26 | Bar-Ilan University | High-energy, rechargeable, electrochemical cells non-aqueous electrolytes |
US6316141B1 (en) * | 1999-10-18 | 2001-11-13 | Bar Ilan University | High-energy, rechargeable, electrochemical cells with non-aqueous electrolytes |
US6713212B2 (en) | 1999-10-18 | 2004-03-30 | Bar-Ilan University | High-energy, rechargeable electrochemical cells |
CN109616642A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-12 | 桑顿新能源科技有限公司 | 复合正极材料、其制备方法及锂离子电池 |
CN109616642B (zh) * | 2018-12-06 | 2022-07-15 | 桑顿新能源科技有限公司 | 复合正极材料、其制备方法及锂离子电池 |
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