JPH07230801A - 非水溶媒二次電池 - Google Patents
非水溶媒二次電池Info
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- JPH07230801A JPH07230801A JP6018308A JP1830894A JPH07230801A JP H07230801 A JPH07230801 A JP H07230801A JP 6018308 A JP6018308 A JP 6018308A JP 1830894 A JP1830894 A JP 1830894A JP H07230801 A JPH07230801 A JP H07230801A
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- vanadium pentoxide
- lithium
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- 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
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 正極に五酸化バナジウムを含み、負極にリチ
ウムまたはリチウムを主成分とするアルカリ金属合金か
らなるリチウム系金属および該リチウム系金属の担持体
として炭素質材料を含む非水溶媒二次電池において、正
極の五酸化バナジウムの二次粒子の平均粒径が１５０μ
m 以下であることを特徴とする非水溶媒二次電池。 【効果】 正極合剤の電気抵抗が低く、かつリチウムイ
オンの拡散性が向上したため、電池が高容量である。
ウムまたはリチウムを主成分とするアルカリ金属合金か
らなるリチウム系金属および該リチウム系金属の担持体
として炭素質材料を含む非水溶媒二次電池において、正
極の五酸化バナジウムの二次粒子の平均粒径が１５０μ
m 以下であることを特徴とする非水溶媒二次電池。 【効果】 正極合剤の電気抵抗が低く、かつリチウムイ
オンの拡散性が向上したため、電池が高容量である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、正極に五酸化バナジウ
ムを含み、負極にリチウムまたはリチウムを主成分とす
るアルカリ金属合金からなるリチウム系金属（以下、単
にリチウム系金属という）および該リチウム系金属の担
持体として炭素質材料を含む非水溶媒二次電池に関す
る。
ムを含み、負極にリチウムまたはリチウムを主成分とす
るアルカリ金属合金からなるリチウム系金属（以下、単
にリチウム系金属という）および該リチウム系金属の担
持体として炭素質材料を含む非水溶媒二次電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の発達に伴い、小型で軽
量であり、エネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放
電可能な二次電池の開発が要望されている。この種の二
次電池としては、負極活物質として金属リチウムまたは
リチウム合金を用い、正極活物質としてモリブデン、バ
ナジウム、チタン、ニオブなどの酸化物、これらの硫化
物もしくはこれらのセレン化合物などを用いたものが知
られている。
量であり、エネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放
電可能な二次電池の開発が要望されている。この種の二
次電池としては、負極活物質として金属リチウムまたは
リチウム合金を用い、正極活物質としてモリブデン、バ
ナジウム、チタン、ニオブなどの酸化物、これらの硫化
物もしくはこれらのセレン化合物などを用いたものが知
られている。
【０００３】しかしながら、負極活物質に金属リチウム
またはリチウム合金を用いた電池系では、充放電を繰り
返すと負極上にデントライトが発生するため、充放電サ
イクル寿命が短いという欠点があった。これに対しては
負極にリチウムとその担持体として炭素質材料を用いる
ことにより、解決が図られている。特に正極に五酸化バ
ナジウム、負極にリチウム系金属および該リチウム系金
属の担持体として炭素質材料を用いた非水溶媒二次電池
は、作動電圧が高く、充放電サイクル寿命を大幅に向上
することが可能な電池として注目されている。
またはリチウム合金を用いた電池系では、充放電を繰り
返すと負極上にデントライトが発生するため、充放電サ
イクル寿命が短いという欠点があった。これに対しては
負極にリチウムとその担持体として炭素質材料を用いる
ことにより、解決が図られている。特に正極に五酸化バ
ナジウム、負極にリチウム系金属および該リチウム系金
属の担持体として炭素質材料を用いた非水溶媒二次電池
は、作動電圧が高く、充放電サイクル寿命を大幅に向上
することが可能な電池として注目されている。
【０００４】しかしながら、負極にリチウム系金属およ
び該リチウム系金属担持体として炭素質材料を用いた非
水溶媒二次電池は、金属リチウムまたはリチウム合金を
そのまま負極として用いる二次電池に比べて放電容量が
低く、その改善は大きな課題として残っている。
び該リチウム系金属担持体として炭素質材料を用いた非
水溶媒二次電池は、金属リチウムまたはリチウム合金を
そのまま負極として用いる二次電池に比べて放電容量が
低く、その改善は大きな課題として残っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点を解決し、高容量の非水溶媒二次電池を提供する
ことである。
問題点を解決し、高容量の非水溶媒二次電池を提供する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極に五酸化
バナジウムを含み、負極にリチウム系金属および該リチ
ウム系金属の担持体として炭素質材料を含む非水溶媒二
次電池において、正極の五酸化バナジウムの二次粒子の
平均粒径が１５０μm 以下であることを特徴とする非水
溶媒二次電池に関する。
バナジウムを含み、負極にリチウム系金属および該リチ
ウム系金属の担持体として炭素質材料を含む非水溶媒二
次電池において、正極の五酸化バナジウムの二次粒子の
平均粒径が１５０μm 以下であることを特徴とする非水
溶媒二次電池に関する。
【０００７】五酸化バナジウムは、一般に非常に微細な
一次粒子が多数凝集、結着して二次粒子が形成されてい
る。本発明者らは、この二次粒子の粒径に着目し、二次
粒子の粒径と電池の放電容量の間に次のような相関があ
ることを見い出した。すなわち、二次粒子の粒径が大き
くなると、比表面積が減少し、その結果、正極活物質で
ある五酸化バナジウムと電解液との接触面積も低減する
こととなり、正極活物質の利用率の低下によって、電池
容量も低下してしまうこと、そして、このような正極活
物質の利用率低下を回避しうる二次粒子の最大粒径が、
１５０μm であることである。
一次粒子が多数凝集、結着して二次粒子が形成されてい
る。本発明者らは、この二次粒子の粒径に着目し、二次
粒子の粒径と電池の放電容量の間に次のような相関があ
ることを見い出した。すなわち、二次粒子の粒径が大き
くなると、比表面積が減少し、その結果、正極活物質で
ある五酸化バナジウムと電解液との接触面積も低減する
こととなり、正極活物質の利用率の低下によって、電池
容量も低下してしまうこと、そして、このような正極活
物質の利用率低下を回避しうる二次粒子の最大粒径が、
１５０μm であることである。
【０００８】本発明において、五酸化バナジウムの二次
粒子の平均粒径は１５０μm 以下であり、好ましくは３
０〜８０μm であり、さらに好ましくは５０〜８０μm
である。二次粒子の平均粒径が１５０μm を越えると、
粒子と電解液との接触面積が減少するため、五酸化バナ
ジウムの利用率が低下し、電池の高容量化が図れない。
また、粒径が小さくなりすぎるとリチウムイオンの拡散
性が低下すること、および正極合剤の電気抵抗が増加す
ることから、二次粒子の粒径は３０〜８０μmが好まし
い。
粒子の平均粒径は１５０μm 以下であり、好ましくは３
０〜８０μm であり、さらに好ましくは５０〜８０μm
である。二次粒子の平均粒径が１５０μm を越えると、
粒子と電解液との接触面積が減少するため、五酸化バナ
ジウムの利用率が低下し、電池の高容量化が図れない。
また、粒径が小さくなりすぎるとリチウムイオンの拡散
性が低下すること、および正極合剤の電気抵抗が増加す
ることから、二次粒子の粒径は３０〜８０μmが好まし
い。
【０００９】また、前記の粒径を有する五酸化バナジウ
ム二次粒子は、原料となる五酸化バナジウム粒子をふる
い分けすることによって得ることができる。ふるい分け
には、共振型、円振動型などの振動ふるい装置、往復型
などの面内運動ふるい装置などを用いることができる。
ム二次粒子は、原料となる五酸化バナジウム粒子をふる
い分けすることによって得ることができる。ふるい分け
には、共振型、円振動型などの振動ふるい装置、往復型
などの面内運動ふるい装置などを用いることができる。
【００１０】なお、五酸化バナジウム二次粒子の粒径
は、乾燥空気を分散媒としてレーザー回折法により測定
する。
は、乾燥空気を分散媒としてレーザー回折法により測定
する。
【００１１】本発明に用いる正極は、上記の五酸化バナ
ジウムを活物質とし、これにアセチレンブラック等のカ
ーボンブラック、ニッケル粉末等の導電性材料およびポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル等の結
着剤を配合した組成のものである。
ジウムを活物質とし、これにアセチレンブラック等のカ
ーボンブラック、ニッケル粉末等の導電性材料およびポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル等の結
着剤を配合した組成のものである。
【００１２】本発明の負極に用いるリチウム担持体とし
ては、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロ
ース等の有機高分子化合物を焼成して得られる炭素質材
料；コークス、ピッチ等を焼成して得られる炭素質材
料；および人造グラファイト、天然グラファイト等の炭
素質材料を挙げることができる。
ては、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロ
ース等の有機高分子化合物を焼成して得られる炭素質材
料；コークス、ピッチ等を焼成して得られる炭素質材
料；および人造グラファイト、天然グラファイト等の炭
素質材料を挙げることができる。
【００１３】負極の作製は以下のようにして行う。例え
ば、前記高分子化合物をアルゴン、窒素等の不活性ガス
雰囲気中において、５００〜３，０００℃、好ましくは
８００〜１，５００℃の温度および常圧もしくは減圧の
条件下に焼成した炭素質材料に、正極に用いるのと同様
の結着剤を添加混合し、ペレット状等の所望の形状に成
形する。次いで、この成形体にリチウム系金属を含有さ
せて負極とするものである。
ば、前記高分子化合物をアルゴン、窒素等の不活性ガス
雰囲気中において、５００〜３，０００℃、好ましくは
８００〜１，５００℃の温度および常圧もしくは減圧の
条件下に焼成した炭素質材料に、正極に用いるのと同様
の結着剤を添加混合し、ペレット状等の所望の形状に成
形する。次いで、この成形体にリチウム系金属を含有さ
せて負極とするものである。
【００１４】前記リチウム系金属を前記ペレット状等の
成形体に含有させる方法としては、蒸着法、化学含浸
法、電解含浸法等を採用することができる。なお、前記
アルカリ金属合金は、リチウムを９０重量％以上、好ま
しくは９１〜９３重量％含有するものを用いる。
成形体に含有させる方法としては、蒸着法、化学含浸
法、電解含浸法等を採用することができる。なお、前記
アルカリ金属合金は、リチウムを９０重量％以上、好ま
しくは９１〜９３重量％含有するものを用いる。
【００１５】セパレータには、ポリエチレン、ポリプロ
ピレンなどのポリオレフィン系樹脂等の不織布や多孔質
膜を用いることができる。
ピレンなどのポリオレフィン系樹脂等の不織布や多孔質
膜を用いることができる。
【００１６】電解液としては、例えばプロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエ
タン、γ−ブチロラクトン、２−メチルテトラヒドロフ
ラン等から選ばれる一種以上の非水有機溶媒に、ＬｉＣ
ｌＯ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 等の電解質を０．２〜
１．５mol/l 、好ましくは０．５〜１．０mol/l の濃度
で溶解させたものを用いることができる。
ネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエ
タン、γ−ブチロラクトン、２−メチルテトラヒドロフ
ラン等から選ばれる一種以上の非水有機溶媒に、ＬｉＣ
ｌＯ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 等の電解質を０．２〜
１．５mol/l 、好ましくは０．５〜１．０mol/l の濃度
で溶解させたものを用いることができる。
【００１７】本発明の非水溶媒二次電池は、上記正極、
負極および電解液を含浸したセパレータを含む電池要素
を組み立てることによって得られる。
負極および電解液を含浸したセパレータを含む電池要素
を組み立てることによって得られる。
【００１８】
【発明の効果】本発明により、正極合剤の電気抵抗の低
減およびリチウムイオンの拡散性の向上が図られ、それ
によって、高容量の非水溶媒二次電池を提供することが
できる。
減およびリチウムイオンの拡散性の向上が図られ、それ
によって、高容量の非水溶媒二次電池を提供することが
できる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
く説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
【００２０】実施例１ （１）正極の作製 ３２５、２８０、２５０、１７０、１２０、８０meshの
標準ふるいを用いて、五酸化バナジウム二次粒子を、平
均粒径１０μm （試料Ａ）、同３０μm （試料Ｂ）、同
５０μm （試料Ｃ）、同８０μm （試料Ｄ）、同１００
μm （試料Ｅ）および同１５０μm （試料Ｆ）の６種類
の試料にふるい分けして分別した。なお、平均粒径は乾
燥空気を分散媒として、セイシン企業社製ＰＲＯ−７０
００Ｓを用いて測定した。上記各試料を活物質とし、各
々に導電性材料としてカーボンブラックおよび結着剤と
してポリテトラフルオロエチレンを、活物質、導電性材
料および結着剤の重量比が９０：６：４になるように配
合し、混合混練後、２５０MPa （２．５トン／cm2)の圧
力で直径１５mm、厚さ０．７７mmのペレット状に加圧成
形して６種類の正極を作製した。
標準ふるいを用いて、五酸化バナジウム二次粒子を、平
均粒径１０μm （試料Ａ）、同３０μm （試料Ｂ）、同
５０μm （試料Ｃ）、同８０μm （試料Ｄ）、同１００
μm （試料Ｅ）および同１５０μm （試料Ｆ）の６種類
の試料にふるい分けして分別した。なお、平均粒径は乾
燥空気を分散媒として、セイシン企業社製ＰＲＯ−７０
００Ｓを用いて測定した。上記各試料を活物質とし、各
々に導電性材料としてカーボンブラックおよび結着剤と
してポリテトラフルオロエチレンを、活物質、導電性材
料および結着剤の重量比が９０：６：４になるように配
合し、混合混練後、２５０MPa （２．５トン／cm2)の圧
力で直径１５mm、厚さ０．７７mmのペレット状に加圧成
形して６種類の正極を作製した。
【００２１】（２）負極の作製 フェノール樹脂粉末を、１，０００℃の空気中において
３時間焼成して炭素質粉末を得た。この粉末に結着剤と
してメタクリル酸アルキルエステル−ブタジエン共重合
体を９３：７の重量比で配合し、混合混練後、２５０MP
a （２．５トン／cm2)の圧力で直径１５．７mm、厚さ
０．９０mmのペレット状に加圧成形した。次いで、この
ペレット成形体に、電解含浸法により、リチウムを含有
させて負極とした。
３時間焼成して炭素質粉末を得た。この粉末に結着剤と
してメタクリル酸アルキルエステル−ブタジエン共重合
体を９３：７の重量比で配合し、混合混練後、２５０MP
a （２．５トン／cm2)の圧力で直径１５．７mm、厚さ
０．９０mmのペレット状に加圧成形した。次いで、この
ペレット成形体に、電解含浸法により、リチウムを含有
させて負極とした。
【００２２】（３）電池の組み立て 図１は本発明にかかる非水溶媒二次電池の断面図であ
る。該非水溶媒二次電池を以下のようにして組み立て
た。まず、ステンレス鋼からなる正極容器（１）の内面
に直径１２mm、厚さ０．０５mmのステンレス製エキスパ
ンドメタルからなる正極集電体（３）を介して前記正極
（２）を収納した。次にプロピレンカーボネートに過塩
素酸リチウムを０．７mol/l の濃度になるように溶解し
た電解液をプロピレン製不織布に含浸させたセパレータ
（４）を、前記正極（２）上に載置した。さらに、ステ
ンレス鋼からなる負極容器（５）の内面に、直径１２m
m、厚さ０．１０mmのニッケル製のエキスパンドメタル
からなる負極集電体（６）を介して、負極（７）を着設
した。最後に、前記正極容器（１）の開口部に、絶縁ガ
スケット（８）を介して前記負極容器（５）を嵌合し、
正極容器（１）をかしめ加工して、正極容器と負極容器
（５）内に正極（２）、セパレータ（４）および負極
（７）を密閉することにより、外径２０mm、厚さ２．５
mmのコイン形非水溶媒二次電池を、Ａ〜Ｆの各正極につ
いて、各々２０個ずつ組み立てた。
る。該非水溶媒二次電池を以下のようにして組み立て
た。まず、ステンレス鋼からなる正極容器（１）の内面
に直径１２mm、厚さ０．０５mmのステンレス製エキスパ
ンドメタルからなる正極集電体（３）を介して前記正極
（２）を収納した。次にプロピレンカーボネートに過塩
素酸リチウムを０．７mol/l の濃度になるように溶解し
た電解液をプロピレン製不織布に含浸させたセパレータ
（４）を、前記正極（２）上に載置した。さらに、ステ
ンレス鋼からなる負極容器（５）の内面に、直径１２m
m、厚さ０．１０mmのニッケル製のエキスパンドメタル
からなる負極集電体（６）を介して、負極（７）を着設
した。最後に、前記正極容器（１）の開口部に、絶縁ガ
スケット（８）を介して前記負極容器（５）を嵌合し、
正極容器（１）をかしめ加工して、正極容器と負極容器
（５）内に正極（２）、セパレータ（４）および負極
（７）を密閉することにより、外径２０mm、厚さ２．５
mmのコイン形非水溶媒二次電池を、Ａ〜Ｆの各正極につ
いて、各々２０個ずつ組み立てた。
【００２３】（４）充放電試験 上記のようにして組み立てた電池を、１mAの定電流で
３．４Ｖになるまで充電し、次いで同じく１mAの定電流
で１．８Ｖまで放電し、このときの放電時間から放電容
量を算出した。結果を表１に示す。なお、放電容量値は
電池１０個の平均値である。
３．４Ｖになるまで充電し、次いで同じく１mAの定電流
で１．８Ｖまで放電し、このときの放電時間から放電容
量を算出した。結果を表１に示す。なお、放電容量値は
電池１０個の平均値である。
【００２４】比較例１ 正極活物質として、平均粒径３００μm の五酸化バナジ
ウム二次粒子（試料Ｇ）を用いた以外は、実施例１と同
様の電池を組み立て、同様の充放電試験を行った。結果
を表１に示す。
ウム二次粒子（試料Ｇ）を用いた以外は、実施例１と同
様の電池を組み立て、同様の充放電試験を行った。結果
を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１から明らかなように、正極活物質とし
て平均粒径１５０μm 以下の五酸化バナジウム二次粒子
を用いることによって、高容量の非水溶媒二次電池が得
られる。
て平均粒径１５０μm 以下の五酸化バナジウム二次粒子
を用いることによって、高容量の非水溶媒二次電池が得
られる。
【図１】本発明のコイン形非水溶媒二次電池の断面図で
ある。
ある。
【符号の説明】 １…正極容器 ２…正極 ３…正極集電体 ４…セパレータ ５…負極容器 ６…負極集電体 ７…負極 ８…ガスケット
Claims (1)
- 【請求項１】 正極に五酸化バナジウムを含み、負極に
リチウムまたはリチウムを主成分とするアルカリ金属合
金からなるリチウム系金属および該リチウム系金属の担
持体として炭素質材料を含む非水溶媒二次電池におい
て、正極の五酸化バナジウムの二次粒子の平均粒径が１
５０μm 以下であることを特徴とする非水溶媒二次電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01830894A JP3434557B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 非水溶媒二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01830894A JP3434557B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 非水溶媒二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07230801A true JPH07230801A (ja) | 1995-08-29 |
| JP3434557B2 JP3434557B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=11967993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01830894A Expired - Fee Related JP3434557B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 非水溶媒二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3434557B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018084652A3 (ko) * | 2016-11-03 | 2018-08-09 | 주식회사 엘지화학 | 리튬이온이차 전지 |
-
1994
- 1994-02-15 JP JP01830894A patent/JP3434557B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018084652A3 (ko) * | 2016-11-03 | 2018-08-09 | 주식회사 엘지화학 | 리튬이온이차 전지 |
| JP2019515460A (ja) * | 2016-11-03 | 2019-06-06 | エルジー・ケム・リミテッド | リチウムイオン二次電池 |
| US10923717B2 (en) | 2016-11-03 | 2021-02-16 | Lg Chem, Ltd. | Lithium ion secondary battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3434557B2 (ja) | 2003-08-11 |
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