JPH06333562A - リチウム電池 - Google Patents
リチウム電池Info
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Abstract
する。 【構成】リチウム電池に使用する正極活物質を、化学式
がLixMyO2 (MはCo又はNi又はMn又はV又は
Fe又はTi、0.2≦x≦2.5、0.8≦y≦1.
25)で表わされるもので、この正極活物質の粒子形状
は、球状でその表面に一様に凹凸を成すものとし、その
メジアン径が0.5μm〜0.6μmで、0.1μm〜
1.1μmに分布しているものとした。
Description
量の大きなリチウム電池に関する。
チウム電池は、高いエネルギーを有することから、数々
の方面でその二次電池化が試みられてきた。負極活物質
に純金属リチウムを用いた場合、充放電の繰り返しに伴
う負極リチウムの針状析出、いわゆるデンドライトの生
成が問題となっている。即ち、針状析出したリチウムが
セパレータを突き破り正極に到達することによって電池
内部での短絡が起こり、電池性能が著しく低下する性能
面と、内部短絡によって過大な電流が流れ、温度の異常
上昇で有機電解液の揮発が起こり、破裂、爆発を引き起
こすと言った安全性の面で問題となっている。特に安全
性の面では、電池の破裂後は化学的に活性で反応性の高
い金属リチウムが空気中の水分と反応し、Li+H2O
→LiOH+1/2H2によって水素ガスと反応熱がさ
らに安全性を低下させる。
するために、一応の対策として負極にLi−Al合金な
どのリチウム合金や充放電に伴い、リチウムイオンの収
容、放出が可能なリチウムイオン保持体、例えばリチウ
ム−グラファイトインターカレート化合物が負極に用い
られている。しかし、このような場合、負極の放電およ
び充電時の過電圧が大きく、特にリチウム−グラファイ
トインターカレート化合物は、放電又は充電の進行に伴
う電位変化が大きく、放電作動電圧が低下すること、充
電終止電圧を高く設定しなければならないことがデメリ
ットとなる。放電作動電圧が低下すると、高エネルギー
であるリチウム電池の特長がスポイルされる。
電時の電位平坦性に優れた活物質、いわゆる4V級リチ
ウム電池の活物質が登場し、実用化されている。一般に
4V級リチウム電池の正極活物質には、LiCoO2や
LiNiO2等、一般式としてLixMyO2で示されるも
のがある。近年の電子デバイスの発展に伴って、その電
子デバイスの電源となる電池に対する高容量化、高エネ
ルギ−密度化が強く要望されている。
2やLiNiO2等、一般式としてLixMyO2で示され
る正極活物質を用いたリチウム電池の高容量化、高エネ
ルギー密度化を目的とするものである。
に本発明は、リチウムあるいはリチウム合金あるいはリ
チウムイオンを電気化学的に収容、放出が可能なリチウ
ムイオン保持体からなる負極活物質を用い、リチウムイ
オン伝導が可能な固体状あるいは液体状の電解質を用い
るリチウム電池であって、正極活物質は、化学式がLi
xMyO2 (MはCo又はNi又はMn又はV又はFe又
はTi、0.2≦x≦2.5、0.8≦y≦1.25)
で表わされるものであり、該正極活物質の粒子形状は、
球状でその表面に一様に凹凸を成すものであり、そのメ
ジアン径が0.5μm〜0.6μmで、0.1μm〜
1.1μmに分布しているものであることを特徴とす
る。
由について説明する。0.2≦x≦2.5としたのは、
充電することによって正極活物質からLi+ が脱離し、
即ちxが小さくなるが、満充電によっても充電で脱離し
きれないLi+ があり、それがxの値にして0.2に相
当する。逆に放電によってLi+ が正極活物質に収容さ
れ、即ちxが大きくなるが、xが大きくなって2.5を
越えると充放電可逆性が著しく低下するからである。
0.8≦y≦1.25としたのは、金属Mが充放電に伴
い価数変化をし、その充放電可逆性を維持する範囲に制
限しているからである。
子形状は球状でその表面に一様に凹凸を成すものであ
り、そのメジアン径が0.5μm〜0.6μmで、0.
1μm〜1.1μmに分布しているものであることによ
り、正極の充放電反応サイトが多くなるように作用し、
さらに、正極活物質の利用率が高くなるように作用す
る。
発明を実施したリチウム電池の断面図である。1は集電
体を兼ねた正極ケ−ス、2は正極活物質層で、本実施例
では正極活物質として含リチウムコバルト酸化物(以下
「LixCoO2」という)を用い、これと導電助剤であ
るアセチレンブラック(以下「AB」という)と粉末同
士の結着剤としてのポリテトラフロロエチレン樹脂(以
下「PTFE」という)との混練物成形体に電解液が含
浸されているものである。3はポリエチレン微多孔膜か
らなるセパレータ、4は負極活物質で金属リチウムを用
いた。5は集電体を兼ねた負極キャップ、6は絶縁封口
樹脂である。
質LiCoO2 と導電助剤ABとを十分均質になるよう
に混合し、そこへ結着剤PTFEを投入し、よく混練す
る。配合比はLiCoO2 :AB:PTFE=80:1
5:5(重量比)とした。この混練物をシート状に圧延
し、ディスク状に切り出した物、即ち正極活物質層2を
正極ケース1内に配置する。正極活物質層2中のLiC
oO2 量は200mgとした。正極活物質層2の周囲に
絶縁封口樹脂6を配置する。次に正極活物質層2に、電
解液としての1mol/dm3のLiClO4を溶解した
プロピレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンの
混合溶液(混合体積比1:1)を0.1ml滴下し、そ
の上からセパレータ3を配置し、さらにその上から上記
電解液を0.1ml滴下する。一方、厚さ0.1mmの
金属リチウムを負極活物質として正極活物質層2と同様
ディスク状に切断し、負極キャップ5に圧着したもの
を、正極ケース1の上にかぶせ、絶縁封口樹脂6の部分
で正極ケース1をかしめて電池が組立てられる。
調製方法および形状を説明する。硝酸コバルトと硝酸リ
チウムとをCo:Liの原子比が1:1となるように混
合された水溶液を超音波振動子によりミスト状にし、そ
のミストを乾燥、熱分解する方法すなわちミストドライ
法によりLiCoO2 を得る。このようにして得られた
LiCoO2 のX線回折結果を図2に示す。ASTMカ
ード16−427(LiCoO2)とのマッチングの結
果、LiCoO2の単一相が得られていることがわか
る。また、図3および図4にそのLiCoO2 のSEM
観察の結果を示す。図3の倍率10000倍のSEM写
真によれば、粒子形状は球状をしており、図4の倍率6
0000倍のSEM写真によれば、一つの粒子の表面は
一様に凹凸を成していることがわかる。図5にそのLi
CoO2 の粒径分布測定の結果を示す。これにより、
0.5μmにメジアン径を有し、0.1μm〜1.1μ
mに分布するという非常に狭い粒径範囲で鋭い分布で粒
径ばらつきの少ない活物質であることがわかる。
正極活物質に用いた本発明のリチウム電池と、従来の正
極活物質を用いたリチウム電池とを比較するために電池
の基本的な放電、充電テストを行った。ここで、従来の
正極活物質とは、炭酸リチウムあるいは硝酸リチウム
と、炭酸コバルトあるいは硝酸コバルトとをモル比でL
i:Co=1:1となるように混合したものの固体−固
体反応による熱分解生成物で、形態制御を行っていない
正極活物質のことである。
下「本発明品」という)と従来のリチウム電池(以下
「従来品」という)の初充電後の放電特性を示す。放電
電流値は、両者の差がわかりやすいようにやや高めの電
流値、5mAとした。終止電圧2.5V、テスト温度2
5℃とした。図6の横軸は、正極活物質1gあたりの放
電容量即ち、比容量で示してある。図6からわかること
は、本発明品は、従来品に比べて比容量が大きくなって
いることであり、これは本発明の正極活物質の粒子サイ
ズが小さく、しかもその粒子形状が球状で、その表面が
一様に凹凸を成しているため、電池の正極反応が各正極
活物質粒子に対して、均一に行われたために正極活物質
の利用率が高くなったことが要因である。尚、本発明品
を十数回〜数十回の繰り返し充放電を行ったが、特に大
きな容量低下を起こさず、安定に充放電容量が推移し
た。
物質を、化学式がLixMyO2 (MはCo又はNi又は
Mn又はV又はFe又はTi、0.2≦x≦2.5、
0.8≦y≦1.25)で表わされるもので、該正極活
物質の粒子形状は、球状でその表面に一様に凹凸を成す
ものとし、そのメジアン径が0.5μm〜0.6μm
で、0.1μm〜1.1μmに分布しているものとした
ことにより、リチウム電池を高容量化、高エネルギー密
度化することができる点で優れている。また、本発明
は、リチウム二次電池に限らずリチウム一次電池にも適
用することができ、さらに、電解質は電解液に限らず、
固体電解質を用いた電池系でも効果が優れている。
である。
2 のX線回折図である。
2 の倍率10000倍のSEM写真である。
2 の倍率60000倍のSEM写真である。
2 の粒径分布測定結果を示す図である。
4は負極活物質、5は負極キャップ、6は絶縁封口樹脂
Claims (1)
- 【請求項1】リチウムあるいはリチウム合金あるいはリ
チウムイオンを電気化学的に収容、放出が可能なリチウ
ムイオン保持体からなる負極活物質を用い、リチウムイ
オン伝導が可能な固体状あるいは液体状の電解質を用い
るリチウム電池であって、 正極活物質は、化学式がLixMyO2 (MはCo又はN
i又はMn又はV又はFe又はTi、0.2≦x≦2.
5、0.8≦y≦1.25)で表わされるものであり、 該正極活物質の粒子形状は、球状でその表面に一様に凹
凸を成すものであり、そのメジアン径が0.5μm〜
0.6μmで、0.1μm〜1.1μmに分布している
ものであることを特徴とするリチウム電池。
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- 1993-05-20 JP JP11752493A patent/JP3276451B2/ja not_active Expired - Lifetime
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