JPH0722017A - Alloy for lithium secondary battery negative electrode and lithium secondary battery provided with negative electrode made of this alloy - Google Patents

Alloy for lithium secondary battery negative electrode and lithium secondary battery provided with negative electrode made of this alloy

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JPH0722017A
JPH0722017A JP5166748A JP16674893A JPH0722017A JP H0722017 A JPH0722017 A JP H0722017A JP 5166748 A JP5166748 A JP 5166748A JP 16674893 A JP16674893 A JP 16674893A JP H0722017 A JPH0722017 A JP H0722017A
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JP
Japan
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alloy
negative electrode
lithium
secondary battery
lithium secondary
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JP5166748A
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Japanese (ja)
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Yoshinori Takada
善典 高田
Kozo Sasaki
孝蔵 佐々木
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a lithium secondary battery excellent in cycle lifetime of electric charging and discharging, and realizing high electromovitve force, a high electric discharging capacity, and high energy density by using an Li-X- Te alloy having a specific composition (wherein X represents one kind of metal or an alloy composed of metals selected from Ag, Zn, Ca, Al, and Mg). CONSTITUTION:A negative electrode 1 is made of an Li-X-Te alloy composed in a composing ratio of Li:X:Te=80-150:1-20:2-30, wherein X represents metal or an alloy selected from Ag, Zn, Ca, Al and Mg. The alloy is rolled into an alloy sheet, which is bonded to a nickel sheet, thus obtaining the negative electrode 1. A separator 3 impregnated with an electrolyte is interposed between the negative electrode 1 and a positive electrode 2. A stainless steel cap 5 to be brought into press-contact with a current collector 4a press-fitted to the outside surface of the negative electrode 1 and a stainless steel positive electrode can 6 to be brought into press-contact with another current collector 4b press- fitted to the outside surface of the positive electrode 2 are sealed with a gasket 7, thereby obtaining a lithium secondary battery D.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池用負
極材料、リチウム二次電池用負極合金およびその負極合
金より形成される負極を備えるリチウム二次電池に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery negative electrode material, a lithium secondary battery negative electrode alloy, and a lithium secondary battery provided with a negative electrode formed from the negative electrode alloy.

【0002】[0002]

【従来の技術・発明が解決しようとする課題】一般に二
次電池に要求される性能として、エネルギー密度が大
きい、出力密度が大きい、自己放電率が小さい、
安価である、エネルギー効率が高い、サイクル寿命
が長い等が挙げられる。このような性能を有する二次電
池として、リチウムイオンの移動による電気エネルギー
を利用した非水電解質電池、所謂リチウム二次電池が高
起電圧、高エネルギー密度を有するものとして知られて
いる。
2. Description of the Related Art Generally, secondary batteries are required to have high energy density, high output density, and low self-discharge rate.
It is inexpensive, has high energy efficiency, and has a long cycle life. As a secondary battery having such performance, a non-aqueous electrolyte battery utilizing electric energy due to movement of lithium ions, a so-called lithium secondary battery is known to have a high electromotive voltage and a high energy density.

【0003】このリチウム二次電池においては、負極に
純リチウムを用いると、高エネルギー密度を有する負極
が得られる反面、充電時にデンドライトが成長しやすい
という欠点がある。金属の電析は、一般に金属イオンの
電極面への物質移動(拡散)と電極における電子の授受
(電極反応)との2段階にて進行するが、純リチウムの
電析においては、電極反応が早く、電析は電極面へのリ
チウムイオンの拡散により律速される。このような物質
移動に律速される電析においては一般にデンドライトが
成長しやすい。このデンドライトは樹枝状の結晶であ
り、一旦形成されると急速に成長し、セパレータを貫通
して正極と短絡し、その結果電池のサイクル寿命を著し
く短くすることになる。
In this lithium secondary battery, when pure lithium is used for the negative electrode, a negative electrode having a high energy density can be obtained, but on the other hand, dendrites are likely to grow during charging. Electrodeposition of metal generally proceeds in two stages of mass transfer (diffusion) of metal ions to the electrode surface and exchange of electrons at the electrode (electrode reaction), but in the electrodeposition of pure lithium, the electrode reaction is As soon as possible, electrodeposition is limited by the diffusion of lithium ions to the electrode surface. In electrodeposition controlled by such mass transfer, dendrites generally grow easily. This dendrite is a dendritic crystal, and once formed, it grows rapidly and penetrates the separator to short-circuit with the positive electrode, resulting in a significantly shortened cycle life of the battery.

【0004】この問題を解決するため、従来負極にリチ
ウム合金を用いるということがなされている。このリチ
ウム合金の成分としてはAl、Bi、Pb、Sn、In
等の金属元素が知られているが、これらの金属元素を用
いた合金は全て金属間化合物であり、合金形成によりリ
チウム電析における電極反応速度を低減させることで電
析がリチウムの拡散により律速されることを緩和し、こ
れによってデンドライトの成長を抑制するようにしてい
る。
In order to solve this problem, it has been conventionally used to use a lithium alloy for the negative electrode. The components of this lithium alloy include Al, Bi, Pb, Sn and In.
Although metal elements such as are known, alloys using these metal elements are all intermetallic compounds, and the electrode formation rate is controlled by diffusion of lithium by reducing the electrode reaction rate in lithium electrodeposition by alloy formation. This is alleviated and the growth of dendrites is suppressed.

【0005】しかしながら、上記のような金属間化合物
は脆い材料であるため、充放電時のリチウムの吸収・放
出にともなう電極体積の膨張・収縮によって、電極にク
ラックが発生し最終的には粉体化に至る。また、金属間
化合物よりなる負極は多量の金属元素を含んでおり、純
リチウムよりなる負極に比して電極電位が高いため、電
池起電力は低いという欠点がある。
However, since the intermetallic compound as described above is a brittle material, cracks occur in the electrode due to expansion / contraction of the electrode volume due to absorption / desorption of lithium during charging / discharging, and finally powder. Leading to Further, since the negative electrode made of an intermetallic compound contains a large amount of metal elements and has a higher electrode potential than the negative electrode made of pure lithium, there is a drawback that the battery electromotive force is low.

【0006】これに対し、高起電力を有する合金負極と
して、少量のAg、Zn等をリチウムに添加してなる固
溶体合金よりなる負極も提案されているが、このような
負極においては放電時に合金成分が脱落すること等の問
題があるため、これを用いた電池では十分な充放電特性
が得られているとはいえないのが現状である。
On the other hand, as an alloy negative electrode having a high electromotive force, a negative electrode made of a solid solution alloy prepared by adding a small amount of Ag, Zn, etc. to lithium has been proposed. Under the present circumstances, it cannot be said that the battery using this has sufficient charge / discharge characteristics because of the problems such as the loss of components.

【0007】本発明の目的は、上記のような問題を解消
し、充放電容量が大きく高エネルギー密度を有し、かつ
充放電の繰り返しによる劣化の少ないリチウム二次電池
負極用合金を提供することにある。また、本発明の他の
目的は、高起電力、高充放電容量、高エネルギー密度を
有するとともに、サイクル寿命に優れるリチウム二次電
池を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide an alloy for a negative electrode of a lithium secondary battery, which has a large charge / discharge capacity, a high energy density and little deterioration due to repeated charge / discharge. It is in. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having high electromotive force, high charge / discharge capacity, high energy density, and excellent cycle life.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、リチウム負
極用合金について検討を重ねた結果、特定の組成からな
る合金により負極を構成すると、上記目的が達成される
ことを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発
明のリチウム二次電池負極用合金は、Li−X−Te系
合金(但し、XはAg、Zn、Ca、Al、Mgより選
ばれる一種の金属または二種以上の合金成分)よりなる
ものであって、該Li−X−Te系合金組成が、原子比
でLi:X:Te=80〜150:1〜20:2〜30
であることを特徴とするものである。また、本発明のリ
チウム二次電池は、上記リチウム二次電池負極用合金よ
りなる負極を備えることを特徴とするものである。
As a result of extensive studies on alloys for lithium negative electrodes, the present inventor has found that the above object can be achieved when the negative electrode is made of an alloy having a specific composition. It came to completion. That is, the alloy for a lithium secondary battery negative electrode of the present invention is a Li-X-Te based alloy (where X is one metal selected from Ag, Zn, Ca, Al and Mg or two or more alloy components). And the Li-X-Te based alloy composition has an atomic ratio of Li: X: Te = 80 to 150: 1 to 20: 2 to 30.
It is characterized by being. Further, the lithium secondary battery of the present invention is characterized by including a negative electrode made of the above alloy for a negative electrode of the lithium secondary battery.

【0009】本発明のリチウム二次電池負極用合金に使
用されるAg、Zn、Ca、Al、Mgより選ばれる一
種の金属または二種以上の合金成分(以下、金属または
合金成分Xと示す)は、リチウムと反応してリチウム合
金を形成し、充放電時にリチウムを吸収・放出する機能
を果たすものである。
One kind of metal selected from Ag, Zn, Ca, Al and Mg used in the alloy for the negative electrode of the lithium secondary battery of the present invention or two or more kinds of alloy components (hereinafter referred to as metal or alloy component X). Has a function of reacting with lithium to form a lithium alloy and absorbing and releasing lithium during charge and discharge.

【0010】一方、Teは上記金属または合金成分Xと
安定な金属間化合物Xa Teb (Ag2 Te、ZnT
e、CaTe、Al2 Te3 、MgTe等)を形成し、
またリチウムと金属間化合物Li2 Teを形成する。こ
れらの金属間化合物は負極合金の結晶粒を著しく微細化
する作用を示す。この作用により結晶粒界の面積が著し
く増加するが、結晶粒界でのリチウム拡散速度は粒内に
比して数十倍以上にも達するようになる。このため、リ
チウム電析がリチウムの拡散により律速されるというこ
とが緩和され、デンドライトの成長が抑制される。また
これにより、リチウムが効率良く吸収・放出されるよう
になる。またこれらの金属間化合物は結晶粒界に集積し
て立体的な殻を構成する。上記金属間化合物Xa Teb
およびLi2 Teのうち、Xa Teb は殻の強度を保持
する骨材またはLi2 Teの結着剤として機能する。一
方Li2 Te中でのリチウムの拡散速度は著しく速く、
Li2 Teはリチウムの高速拡散路として機能し、電池
の充放電にともなうLiの吸収・放出は上記殻を通じて
進行することになる。また、上記殻は金属または合金成
分Xの拡散バリアとしても機能し、これにより放電時に
金属または合金成分Xが電極より脱落することが防止さ
れる。さらに、Li2 Teの電極電位はリチウムと同等
であり、したがって電池起電力が純リチウムを用いたも
のと同等となる。
On the other hand, Te is a stable intermetallic compound X a Te b (Ag 2 Te, ZnT) with the above metal or alloy component X.
e, CaTe, Al 2 Te 3 , MgTe, etc.),
It also forms an intermetallic compound Li 2 Te with lithium. These intermetallic compounds have the effect of significantly refining the crystal grains of the negative electrode alloy. This action significantly increases the area of the crystal grain boundary, but the lithium diffusion rate at the crystal grain boundary reaches several tens of times or more that in the grain. Therefore, the fact that the lithium electrodeposition is rate-limited by the diffusion of lithium is relaxed, and the growth of dendrites is suppressed. Further, this allows lithium to be efficiently absorbed and released. In addition, these intermetallic compounds form a three-dimensional shell by accumulating at grain boundaries. The above intermetallic compound X a Te b
Of Li 2 Te and XaTe b , X a Te b functions as an aggregate that retains the strength of the shell or a binder of Li 2 Te. On the other hand, the diffusion rate of lithium in Li 2 Te is extremely high,
Li 2 Te functions as a high-speed diffusion path for lithium, and the absorption and desorption of Li accompanying the charging and discharging of the battery proceeds through the shell. Further, the shell also functions as a diffusion barrier for the metal or alloy component X, which prevents the metal or alloy component X from falling off the electrode during discharge. Furthermore, the electrode potential of Li 2 Te is equivalent to that of lithium, and therefore the battery electromotive force is equivalent to that using pure lithium.

【0011】本発明のリチウム二次電池負極用合金は、
原子比でリチウム:金属または合金成分X:Te=80
〜150:1〜20:2〜30を反応させて合金化した
ものである。上記組成において、上記金属または合金成
分Xが1未満であると、結晶粒微細化効果が不十分とな
り、また金属間化合物により構成される殻の強度が低下
するため好ましくない。一方上記金属または合金成分X
が20を越えると、シート形状に加工することが困難と
なり、また電極電位が上昇して電池起電力が低下するた
め好ましくない。また、上記組成において、Teが2未
満であると、デンドライトが十分に抑制されず、また結
晶粒微細化効果が不十分となり好ましくない。一方Te
が30を越えると、シート形状に加工することが困難と
なり、また電極電位が上昇して電池起電力が低下するた
め好ましくない。
The alloy for a negative electrode of a lithium secondary battery of the present invention comprises
Lithium: metal or alloy component X: Te = 80 in atomic ratio
˜150: 1 to 20: 2 to 30 are reacted to form an alloy. If the metal or alloy component X is less than 1 in the above composition, the grain refining effect becomes insufficient, and the strength of the shell formed by the intermetallic compound decreases, which is not preferable. On the other hand, the above metal or alloy component X
When it exceeds 20, it becomes difficult to process it into a sheet shape, and the electrode potential rises to lower the battery electromotive force, which is not preferable. Further, in the above composition, when Te is less than 2, dendrite is not sufficiently suppressed, and the grain refinement effect is insufficient, which is not preferable. On the other hand Te
When it exceeds 30, it becomes difficult to process it into a sheet shape, and the electrode potential rises to lower the battery electromotive force, which is not preferable.

【0012】上記リチウム二次電池負極用合金は、Li
と金属または合金成分XとTeとを合金化して得られた
ものであるが、この合金化は、これらの合金材を溶融し
て反応させる方法や、これらを物理蒸着により反応させ
る方法等の従来既知の方法によりなされたものである。
The alloy for the negative electrode of the lithium secondary battery is Li
It is obtained by alloying a metal with a metal or alloy component X and Te. This alloying is performed by a conventional method such as a method of melting and reacting these alloy materials or a method of reacting them by physical vapor deposition. This is done by a known method.

【0013】溶融法による合金化は、上記合金材を不活
性雰囲気中で加熱・溶融することによりなされる。上記
加熱・溶融においては、Liの融点以上の温度で行うよ
うにすると、反応が速やかに進行するため好ましい。
The alloying by the melting method is performed by heating and melting the above alloy material in an inert atmosphere. In the above heating and melting, it is preferable to carry out the heating at a temperature equal to or higher than the melting point of Li, because the reaction proceeds rapidly.

【0014】蒸着法による合金化は、金属を蒸発させ、
他の金属表面上で凝固させることによりなされる。この
蒸着法によれば、前記溶融法によっては合金化できない
高融点の金属と低融点の金属とのいわゆる非平衡相の合
金を製造することができる。上記蒸着法としては、イオ
ンビームスパッタ等の各種スパッタ、電子ビーム蒸着、
各種イオンプレーティング、CVD法等があるが、上記
のような非平衡相の合金を製造する場合には、イオンプ
レーティング、スパッタ等の、原子またはイオンを基板
方向に加速して蒸着させる方法によることが好ましい。
Alloying by vapor deposition evaporates the metal,
This is done by solidifying on other metal surfaces. According to this vapor deposition method, a so-called non-equilibrium phase alloy of a high melting point metal and a low melting point metal that cannot be alloyed by the melting method can be produced. As the vapor deposition method, various kinds of sputtering such as ion beam sputtering, electron beam vapor deposition,
There are various ion plating methods, CVD methods, etc., but in the case of producing the alloy of the non-equilibrium phase as described above, it is carried out by a method of accelerating atoms or ions toward the substrate, such as ion plating and sputtering. It is preferable.

【0015】本発明のリチウム二次電池は、上記で説明
したリチウム合金を負極材として用いてなることを特徴
とする。上記リチウム二次電池を構成する負極は、上記
リチウム合金を、通常の方法でシート状、薄膜状等の形
状に成形することにより得られたものである。上記負極
材をシート状に成形する場合は、圧延、熱間押出等の方
法により、通常、厚さ数μm〜数百μmに成形する。
The lithium secondary battery of the present invention is characterized by using the lithium alloy described above as a negative electrode material. The negative electrode forming the lithium secondary battery is obtained by molding the lithium alloy into a sheet shape, a thin film shape, or the like by a usual method. When the above negative electrode material is formed into a sheet, it is usually formed into a thickness of several μm to several hundreds of μm by a method such as rolling or hot extrusion.

【0016】上記シート状負極は、Niシート、Alシ
ート、Cuシート等のシート状集電体に、ろう付け、ハ
ンダ付け、超音波溶接、スポット溶接等の各種接合方法
により接合させて使用される。
The sheet-shaped negative electrode is used by being joined to a sheet-shaped current collector such as a Ni sheet, an Al sheet or a Cu sheet by various joining methods such as brazing, soldering, ultrasonic welding or spot welding. .

【0017】一方、本発明のリチウム二次電池の正極を
構成する正極材としては、通常リチウム二次電池の正極
に使用される正極材が使用でき、例えばMn O2 、LiCo O
2 等を活物質とする正極材が好適に使用できる。なお、
上記正極活物質には、アセチレンブラック、ケッチェン
ブラック等の導電材料が、またポリテトラフルオロエチ
レン、ポリエチレン等の結着剤が配合される。
On the other hand, as the positive electrode material constituting the positive electrode of the lithium secondary battery of the present invention, a positive electrode material usually used for the positive electrode of a lithium secondary battery can be used. For example, MnO 2 or LiCo 2 O 3
A positive electrode material having 2 or the like as an active material can be preferably used. In addition,
The positive electrode active material is mixed with a conductive material such as acetylene black or Ketjen black, and a binder such as polytetrafluoroethylene or polyethylene.

【0018】上記正極活物質に導電材料および結着剤を
配合して得られる正極合剤は、キャスティング成形、圧
縮成形、ロール成形等の任意の方法で適当な形状および
大きさに成形されて、本発明のリチウム二次電池の正極
として使用される。
The positive electrode mixture obtained by mixing the positive electrode active material with a conductive material and a binder is molded into an appropriate shape and size by any method such as casting, compression molding, roll molding, It is used as the positive electrode of the lithium secondary battery of the present invention.

【0019】本発明のリチウム二次電池に使用する電解
質としては、塩類を有機溶媒に溶解させた電解液や固体
電解質が使用できる。電解質が電解液の場合、この塩類
としては、LiClO4 、LiBF4 、LiPF6 、L
iAsF6 、LiAlCl4 、Li(CF3 SO2 2
N等が使用でき、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−
ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、N,N-ジメチル
ホルムアミド、テトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラ
ン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジエチルエーテルお
よびこれらの混合物等の有機溶媒に溶解させて濃度0.
1〜3モル/リットルに調製して使用される。この電解
液は、通常、多孔性ポリマーやガラスフィルタのような
セパレータに含浸あるいは充填させて使用される。
As the electrolyte used in the lithium secondary battery of the present invention, an electrolytic solution in which salts are dissolved in an organic solvent or a solid electrolyte can be used. When the electrolyte is an electrolytic solution, the salts include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , and L.
iAsF 6 , LiAlCl 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2
N, etc. can be used, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-
It is dissolved in an organic solvent such as butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl ether and a mixture thereof to give a concentration of 0.
It is used by adjusting to 1 to 3 mol / liter. This electrolytic solution is usually used by impregnating or filling a separator such as a porous polymer or a glass filter.

【0020】電解質が固体電解質の場合、上記塩類がポ
リエチレンオキシド、ポリホスファゼン、ポリアジリジ
ン、ポリエチレンスルフィド等やこれらの誘導体、混合
物、複合体等に混合されて使用される。この固体電解質
は、負極と正極とのセパレータを兼ねる。
When the electrolyte is a solid electrolyte, the above-mentioned salts are mixed with polyethylene oxide, polyphosphazene, polyaziridine, polyethylene sulfide and the like, their derivatives, mixtures and complexes. This solid electrolyte also serves as a separator for the negative electrode and the positive electrode.

【0021】[0021]

【作用】本発明のリチウム二次電池負極用合金はLi−
X−Te系合金からなる固溶体型の合金であり、金属ま
たは合金成分Xは、リチウムと反応してリチウム合金を
形成し、充放電時にリチウムを吸収・放出する機能を果
たすものである。これにより、充放電時のリチウムの拡
散が促進される。一方、Teは上記金属または合金成分
Xと安定な金属間化合物Xa Teb を形成し、またリチ
ウムと金属間化合物Li2 Teを形成する。これらの金
属間化合物が負極合金の結晶粒を著しく微細化すること
によって結晶粒界の面積が著しく増加し、結晶粒界での
リチウム拡散速度が粒内に比して数十倍以上にも達す
る。これによって、リチウム電析がリチウムの拡散によ
り律速されるということが緩和される。またこれによ
り、リチウムが効率良く吸収・放出されるようになる。
またこれらの金属間化合物は結晶粒界に集積して立体的
な殻を構成する。このうち、Xa Teb は殻の強度を保
持する骨材またはLi2 Teの結着剤として機能する。
一方Li2 Te中でのリチウムの拡散速度は著しく速
く、Li2 Teはリチウムの高速拡散路として機能す
る。このため電池の充放電にともなうリチウムの吸収・
放出が上記殻を通じて進行することになり、該殻が上記
金属間化合物で構成されているためデンドライトの成長
が抑制される。また、上記殻は金属または合金成分Xの
拡散バリアとしても機能する。さらに、Li2 Teの電
極電位はリチウムと同等である。
The alloy for the negative electrode of the lithium secondary battery of the present invention is Li-
It is a solid solution type alloy composed of an X-Te alloy, and the metal or alloy component X has a function of reacting with lithium to form a lithium alloy and absorbing / releasing lithium during charge / discharge. This promotes the diffusion of lithium during charge / discharge. Meanwhile, Te forms the metal or alloy component X and stable intermetallic compound X a Te b, also forms an intermetallic compound with lithium Li 2 Te. These intermetallic compounds significantly reduce the size of the crystal grains of the negative electrode alloy, which significantly increases the area of the crystal grain boundaries, and the lithium diffusion rate at the crystal grain boundaries reaches several tens of times or more that in the grains. . This alleviates that the lithium electrodeposition is rate-limited by the diffusion of lithium. Further, this allows lithium to be efficiently absorbed and released.
In addition, these intermetallic compounds form a three-dimensional shell by accumulating at grain boundaries. Of these, X a Te b functions as an aggregate that retains the strength of the shell or a binder of Li 2 Te.
Whereas Li 2 diffusion rate of lithium in the Te significantly faster, Li 2 Te functions as a high speed diffusion path of lithium. For this reason, the absorption of lithium as the battery is charged and discharged
The release proceeds through the shell, and the shell is composed of the intermetallic compound, so that dendrite growth is suppressed. The shell also functions as a diffusion barrier for the metal or alloy component X. Further, the electrode potential of Li 2 Te is equivalent to that of lithium.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例を示しより具体的に説
明する。なお、本発明がこれに限定されるものでないこ
とは言うまでもない。 実施例1 (負極の作製)LiとAgとTeとを原子比でLi:A
g:Te=105:7:6となるように秤量し、アルゴ
ン雰囲気中で500℃に加熱・溶融して合金化した。こ
の合金を冷却して乾燥空気雰囲気中で圧延を行い、厚さ
1mmの合金シートを得た。この合金シートを直径20.
0mmの円形に打ち抜き、厚さ0.5mmの円形のニッケル
シートに接合して、円板状の負極を作製した。
EXAMPLES Examples of the present invention will now be described in more detail. Needless to say, the present invention is not limited to this. Example 1 (Production of Negative Electrode) Li: Ag and Te in atomic ratio Li: A
It was weighed so that g: Te = 105: 7: 6, and heated and melted at 500 ° C. in an argon atmosphere to form an alloy. This alloy was cooled and rolled in a dry air atmosphere to obtain an alloy sheet having a thickness of 1 mm. This alloy sheet has a diameter of 20.
A disk-shaped negative electrode was prepared by punching into a 0 mm circular shape and bonding it to a circular nickel sheet having a thickness of 0.5 mm.

【0023】(リチウム二次電池の作製)炭酸リチウム
と塩基性炭酸コバルトとリン酸含有率85%のリン酸水
溶液とを原子比でLi:Co:P=2:1.5:0.5
となる量をそれぞれ秤量して十分に混合した後、これを
アルミナるつぼに入れて900℃で24時間加熱処理
し、酸化物質を製造した。この酸化物質は、リチウムの
リン酸塩、リチウム・コバルトのリン酸塩およびコバル
ト酸化物よりなる混合物である。上記混合物を粉砕し粒
径20μm以下に調整して得た正極活物質8重量部、ア
セチレンブラック1重量部およびテフロン粉末1重量部
を十分に混合して正極合剤を調製した。ついで、この正
極合剤をニッケルメッシュ上にプレス成形して、直径2
0mm、厚さ1.0mmの円板状正極を作製した。別に、含
水量を50ppm 以下に調整したプロピレンカーボネート
に、1モル/リットルの過塩素酸リチウムを溶解して電
解液を調製した。また、厚さ0.5mmの多孔性ポリプロ
ピレンフィルムを、直径25.0mmに打ち抜いてセパレ
ータを作製した。
(Production of lithium secondary battery) Li: Co: P = 2: 1.5: 0.5 in atomic ratio of lithium carbonate, basic cobalt carbonate, and phosphoric acid aqueous solution having a phosphoric acid content of 85%.
Each of the above amounts was weighed and thoroughly mixed, then placed in an alumina crucible and heat-treated at 900 ° C. for 24 hours to produce an oxide substance. The oxidant is a mixture of lithium phosphate, lithium cobalt phosphate and cobalt oxide. A positive electrode mixture was prepared by sufficiently mixing 8 parts by weight of the positive electrode active material obtained by pulverizing the above mixture and adjusting the particle size to 20 μm or less, 1 part by weight of acetylene black, and 1 part by weight of Teflon powder. Then, this positive electrode mixture is press-molded on a nickel mesh to have a diameter of 2
A disk-shaped positive electrode having a thickness of 0 mm and a thickness of 1.0 mm was produced. Separately, an electrolyte solution was prepared by dissolving 1 mol / liter of lithium perchlorate in propylene carbonate having a water content adjusted to 50 ppm or less. Further, a porous polypropylene film having a thickness of 0.5 mm was punched into a diameter of 25.0 mm to prepare a separator.

【0024】上記負極、正極およびセパレータを用い
て、図1の模式図に示すように、負極1と正極2との間
に電解液を含浸させたセパレータ3を介在させ、上記負
極1の外側面に圧着した集電体4aに圧接するステンレ
ス製負極キャップ5と、正極2の外側面に圧着した集電
体4bに圧接するステンレス製正極缶6とをガスケット
7で封止して、試験用リチウム二次電池Dを作製した。
上記リチウム二次電池の起電力を二端子法で測定したと
ころ、表1に示す通りであった。
Using the negative electrode, the positive electrode and the separator, as shown in the schematic view of FIG. 1, a separator 3 impregnated with an electrolytic solution is interposed between the negative electrode 1 and the positive electrode 2 to form an outer surface of the negative electrode 1. A negative electrode cap 5 made of stainless steel, which comes into pressure contact with the current collector 4a pressure-bonded to it, and a positive electrode can 6 made of stainless steel which comes into pressure contact with the current collector 4b pressure-bonded to the outer surface of the positive electrode 2, are sealed with a gasket 7, and lithium A secondary battery D was produced.
When the electromotive force of the lithium secondary battery was measured by the two-terminal method, it was as shown in Table 1.

【0025】(充放電試験)上記試験用リチウム二次電
池を用いて、1mA/cm2 の電流密度で上限電圧4.2
V、下限電圧2Vに設定して充放電を50回繰り返し
た。この充放電の50回目における放電容量および充放
電効率を調べたところ、表1に示す通りであった。
(Charge / Discharge Test) Using the above-mentioned test lithium secondary battery, the upper limit voltage of 4.2 at a current density of 1 mA / cm 2.
V and the lower limit voltage of 2 V were set, and charging / discharging was repeated 50 times. When the discharge capacity and charge / discharge efficiency at the 50th charge / discharge cycle were examined, the results were as shown in Table 1.

【0026】比較例1−1 上記実施例1において、Teを省略する以外は全て同様
にして負極を作製した。
Comparative Example 1-1 A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that Te was omitted.

【0027】比較例1−2 上記実施例1において、Teを省略し、Li合金組成を
Li:Ag=95:5とする以外は全て同様にして負極
を作製した。
Comparative Example 1-2 A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that Te was omitted and the Li alloy composition was Li: Ag = 95: 5.

【0028】実施例2 LiとZnとTeとを原子比でLi:Zn:Te=10
9:2:6となるように秤量し、アルゴン雰囲気中で5
00℃に加熱・溶融して合金化した。この合金を冷却し
て乾燥空気雰囲気中で圧延を行い、厚さ1mmの合金シー
トを得た。この合金シートを直径20.0mmの円形に打
ち抜き、厚さ0.5mmの円形のニッケルシートに接合し
て、円板状の負極を作製した。
Example 2 Li: Zn: Te = 10 in atomic ratio of Li: Zn: Te
Weigh it so that it is 9: 2: 6, and 5 in an argon atmosphere.
It was heated and melted at 00 ° C to form an alloy. This alloy was cooled and rolled in a dry air atmosphere to obtain an alloy sheet having a thickness of 1 mm. This alloy sheet was punched into a circular shape having a diameter of 20.0 mm and bonded to a circular nickel sheet having a thickness of 0.5 mm to produce a disk-shaped negative electrode.

【0029】比較例2−1 上記実施例2において、Teを省略する以外は全て同様
にして負極を作製した。
Comparative Example 2-1 A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 2 except that Te was omitted.

【0030】比較例2−2 上記実施例2において、Teを省略し、Li合金組成を
Li:Zn=98:2とする以外は全て同様にして負極
を作製した。
Comparative Example 2-2 A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 2 except that Te was omitted and the Li alloy composition was Li: Zn = 98: 2.

【0031】実施例3 厚さ0.5mmのニッケル基板上に、クラスターイオンビ
ーム法による3元蒸着によりLiとAgとTeとを原子
比でLi:Ag:Te=105:7:6となるように蒸
着して、厚さ10μmの合金膜を形成した。ここで、基
板温度は150℃とした。上記合金膜を形成した基板を
直径20.0mmに打ち抜いて負極を作製した。
Example 3 Li, Ag and Te were atomic ratio Li: Ag: Te = 105: 7: 6 on a nickel substrate having a thickness of 0.5 mm by ternary vapor deposition by the cluster ion beam method. Then, an alloy film having a thickness of 10 μm was formed by vapor deposition. Here, the substrate temperature was 150 ° C. The substrate on which the alloy film was formed was punched out to a diameter of 20.0 mm to produce a negative electrode.

【0032】比較例3−1 上記実施例3において、Teを省略する以外は全て同様
にして負極を作製した。
Comparative Example 3-1 A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 3 except that Te was omitted.

【0033】比較例3−2 上記実施例3において、Teを省略し、Li合金組成を
Li:Ag=95:5とする以外は全て同様にして負極
を作製した。
Comparative Example 3-2 A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 3 except that Te was omitted and the Li alloy composition was Li: Ag = 95: 5.

【0034】実施例4〜7 上記実施例1において、合金の組成および組成比を表1
に示すようにかえる以外は全て同様にして負極を作製し
た。
Examples 4 to 7 In the above Example 1, the alloy composition and composition ratio are shown in Table 1.
A negative electrode was prepared in the same manner except that the negative electrode was changed as shown in FIG.

【0035】(リチウム二次電池の作製および充放電試
験)上記実施例2〜7および比較例1〜3で得られた各
負極体を用いる以外は全て実施例1と同様にして試験用
リチウム二次電池をそれぞれ作製し、各リチウム二次電
池の起電力を二端子法で測定したところ、表1に示す通
りであった。また、上記各リチウム二次電池を用いて、
実施例1と同様にして充放電をそれぞれ行い、充放電の
50回目における放電容量および充放電効率をそれぞれ
調べたところ、表1に示す通りであった。
(Preparation of Lithium Secondary Battery and Charge / Discharge Test) Test lithium batteries were prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode bodies obtained in Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 were used. The following batteries were produced, and the electromotive force of each lithium secondary battery was measured by the two-terminal method. In addition, using each of the above lithium secondary batteries,
Charge and discharge were performed in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity and the charge and discharge efficiency at the 50th charge and discharge were examined, and the results are shown in Table 1.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のリチウム
二次電池負極用合金は、Li−X−Te系合金からなる
固溶体型の合金であり、金属または合金成分Xとリチウ
ムとより形成されているリチウム合金が、充放電時にリ
チウムを吸収・放出する機能を有するため、リチウムの
拡散が促進されてデンドライトの成長が抑制されたもの
となっている。一方、Teと上記金属または合金成分X
とより形成されている金属間化合物X a Teb ならびに
Teとリチウムとより形成されている金属間化合物Li
2 Teの結晶粒微細化作用によって、負極合金の結晶粒
界の面積が著しく増加し、結晶粒界でのリチウム拡散速
度が粒内に比して数十倍以上の高速となっている。この
結果負極合金は、リチウム電析がリチウムの拡散により
律速されるということが緩和され、またリチウムが効率
良く吸収・放出されるものとなっている。したがってこ
の作用によってもデンドライトの成長が抑制されてい
る。またこれらの金属間化合物は結晶粒界に集積して立
体的な殻を構成しているが、上記金属間化合物のうち、
a Teb は骨材となって殻の機械的強度を保持し、ま
たLi2 Teの結着剤として機能しているため、負極合
金の強度が向上している。一方Li2 Teはリチウムの
高速拡散路として機能するため、電池の充放電にともな
うリチウムの吸収・放出が効率良く行われ、これによっ
て電池の放電容量が増大し、充電時間も短縮されてい
る。またこのリチウムの吸収・放出が上記殻を通じて進
行することになり、該殻が上記金属間化合物で構成され
ているためデンドライトの成長が抑制されている。ま
た、上記殻は金属または合金成分Xの拡散バリアとして
も機能し、これにより放電時に金属または合金成分Xが
電極より脱落することが防止され、充放電の繰り返しに
より負極が劣化することが防止されている。さらに、L
2 Teの電極電位がリチウムと同等であるため、電池
起電力が純リチウムを用いたものと同等となっている。
したがって、本発明のリチウム二次電池負極用合金より
なる負極を備えるリチウム二次電池は、充放電のサイク
ル寿命に優れ、高起電力、高放電容量および高エネルギ
ー密度を有するものである。
As described above in detail, the lithium of the present invention
The secondary battery negative electrode alloy is composed of a Li-X-Te-based alloy.
It is a solid solution type alloy, and contains metal or alloy component X and lithium.
The lithium alloy formed from the
Since it has the function of absorbing and releasing thium,
Inhibition of dendrite growth by promoting diffusion
Has become. On the other hand, Te and the above metal or alloy component X
An intermetallic compound X formed from aTebAnd
An intermetallic compound Li formed from Te and lithium
2Due to the crystal grain refining action of Te, the crystal grains of the negative electrode alloy
The area of the boundary increases significantly, and the lithium diffusion rate at the grain boundaries
The speed is several tens of times faster than in a grain. this
As a result, the negative electrode alloy has a lithium electrodeposition due to the diffusion of lithium.
The rate-limiting is alleviated, and lithium is efficient
It is well absorbed and released. Therefore
The growth of dendrites is also suppressed by the action of
It In addition, these intermetallic compounds accumulate at the grain boundaries and stand up.
Of the above intermetallic compounds that make up the physical shell,
XaTebBecomes an aggregate and maintains the mechanical strength of the shell,
Li2Since it functions as a binder for Te,
The strength of gold has improved. On the other hand, Li2Te is lithium
As it functions as a high-speed diffusion path, it is
Lithium is efficiently absorbed and released, which
Battery discharge capacity has increased and charging time has also been shortened.
It In addition, the absorption and release of lithium progress through the shell.
And the shell is composed of the above intermetallic compound
Therefore, the growth of dendrites is suppressed. Well
Further, the shell serves as a diffusion barrier for the metal or alloy component X.
Also works, which allows the metal or alloy component X to
It is prevented from falling off from the electrode, and it is possible to repeat charging and discharging.
Further, the negative electrode is prevented from being deteriorated. Furthermore, L
i2Since the electrode potential of Te is the same as that of lithium,
The electromotive force is equivalent to that using pure lithium.
Therefore, from the alloy for a lithium secondary battery negative electrode of the present invention
A lithium secondary battery with a negative electrode
Long life, high electromotive force, high discharge capacity and high energy
-It has a density.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すリチウム二次電池の模
式断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium secondary battery showing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 負極 2 正極 3 セパレータ D リチウム二次電池 1 Negative electrode 2 Positive electrode 3 Separator D Lithium secondary battery

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Li−X−Te系合金(但し、XはA
g、Zn、Ca、Al、Mgより選ばれる一種の金属ま
たは二種以上の合金成分)よりなるリチウム二次電池負
極用合金であって、該Li−X−Te系合金組成が、原
子比でLi:X:Te=80〜150:1〜20:2〜
30であることを特徴とするリチウム二次電池負極用合
金。
1. A Li-X-Te-based alloy (where X is A
An alloy for a lithium secondary battery negative electrode comprising one metal selected from g, Zn, Ca, Al, and Mg or two or more alloy components), wherein the Li-X-Te-based alloy composition has an atomic ratio of Li: X: Te = 80 to 150: 1 to 20: 2
The alloy for a negative electrode of a lithium secondary battery, which is 30.
【請求項2】 請求項1記載のリチウム合金よりなる負
極を備えることを特徴とするリチウム二次電池。
2. A lithium secondary battery comprising a negative electrode made of the lithium alloy according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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