JPH07288127A - 非水電解質電池 - Google Patents

非水電解質電池

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JPH07288127A
JPH07288127A JP6101703A JP10170394A JPH07288127A JP H07288127 A JPH07288127 A JP H07288127A JP 6101703 A JP6101703 A JP 6101703A JP 10170394 A JP10170394 A JP 10170394A JP H07288127 A JPH07288127 A JP H07288127A
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JP
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oxide
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negative electrode
lithium
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JP6101703A
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English (en)
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Yoshio Idota
義雄 井戸田
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い放電作動電圧、大きな放電容量、良好な
放充電サイクル性を有し、かつ安全性の高い非水電解質
電池を提供する。 【構成】 正極活物質、負極活物質、非水電解質からな
る非水電解質電池において、正極活物質や負極活物質と
は異なる酸化物を少なくとも一方の活物質の粒子の表面
層に含ませることを特徴とする非水電解質電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放電特性および安全性
を改良した非水電解質電池に関するものである。さら
に、充放電サイクル特性を改良した非水電解質電池に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】非水電解質電池用の正極活物質として
は、LiMn2 4 、Li2 MnO3 、γ- βMnO2
とLiMn2 4 の複合酸化物、γ- βMnO2 とLi
2 MnO3 の複合酸化物、LiCoO2 、LiCo0.5
Ni0.5 2 、LiNiO2 、V2 5 、非晶質V2
5 、V6 13、LiV3 8 、VO2 (B)、Ti
2 、MoS2 、MoO3 、LiMo2 4 などが知ら
れている。また、同じく負極活物質としては、リチウム
金属やリチウム合金が代表的であるが、それらを用いる
と充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長し、内部ショ
ートしたり、その樹枝状金属自体の活性が高く、発火す
る危険をはらんでいる。これに対して、最近、リチウム
を挿入・放出することができる焼成炭素質材料が実用さ
れるようになってきた。この炭素質材料の欠点は、それ
自体が導電性をもつので、過充電や急速充電の際に炭素
質材料の上にリチウム金属が析出することがあり、結
局、樹枝状金属を析出してしまうことになる。これを避
けるために、充電器を工夫したり、正極活物質量を少な
くして、過充電を防止する方法を採用したりしている
が、後者の方法では、活物質物質の量が限定されるの
で、そのため、放電容量も制限されてしまう。また、炭
素質材料は密度が比較的小さいため、体積当りの容量が
低いという二重の意味で放電容量が制限されてしまうこ
とになる。これに対して、リチウム金属やリチウム合金
または炭素質材料以外の負極活物質としては、リチウム
を吸蔵・放出することができるTiS2 、LiTiS2
(米国特許第3,983,476)、ルチル構造の遷移
金属酸化物、例えば、WO2 (米国特許第4,198,
476)、Lix Fe(Fe2 )O4 などのスピネル化
合物(特開昭58−220,362)、電気化学的に合
成されたFe2 3のリチウム化合物(米国特許第4,
464,447)、Fe2 3 のリチウム化合物(特開
平3−112,070)、Nb2 5 (特公昭62−5
9,412、特開平2−824,47)、酸化鉄、Fe
O、Fe2 3 、Fe3 4 、酸化コバルト、CoO、
Co2 3 、Co3 4 (特開平3−291,862)
が知られている。これらの化合物はいずれも酸化還元電
位が高いので、3V級の高放電電位を持ち、かつ高容量
の非水二次電池は実現されていない。また、高容量タイ
プとして、LiCoVO4 が提案されている。
【0003】これらの酸化物の中では特に正極活物質に
ついて、異種金属を混合して同一結晶を構成させる技術
は多く出願されている。例えば、特開平3−219,5
71では、LiMn2 4 のMnの一部をCo、Cr、
Feで置き換える技術が開示されている。このほかに、
特開平4−188,571では、LiCoO2 のCoの
一部をTi、V、Cr、Mo、Ni、Feで置き換える
技術が開示されている。同様に、特開平5−54,88
9では、周期律表のIII B、IVB、VB族元素などを置
換することを示している。このように、従来技術として
は、主たる遷移金属の一部を異種金属で置換して、性能
を改良することが知られている。しかし、これらの改良
効果は不十分であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、放電
特性を改良し、安全性を高め、さらに高い放電容量と良
好な放充電サイクル性の非水電解質電池を得ることであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、正極活物
質、負極活物質、非水電解質からなる非水電解質電池に
おいて、該活物質粒子の表面層にその活物質とは異なる
酸化物を含ませることにより達成することができた。
【0006】本発明で用いられる好ましい正極活物質の
例として、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物が挙げられ
る。それらのなかでも、二酸化マンガン、五酸化バナジ
ウム、酸化鉄、酸化モリブデン、硫化モリブデン、酸化
コバルト、硫化鉄、硫化チタンなどが好ましい。上記の
正極活物質の他に、本発明で用いられる好ましい正極活
物質としてはリチウム含有遷移金属酸化物が挙げられ
る。特に好ましくは、Lix y z (ここでM=V、
Mn、Fe、Co、Niから選ばれる少なくとも1種を
主体、x=0.8〜1.1、y=1あるいは2、z=
1.5〜5)があげられる。またこれらに、リチウム以
外のアルカリ金属、アルカリ土類金属、上記M以外の遷
移金属、あるいは、周期律表III B〜V族B(Al、G
a、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi)などを含ん
でもよい。また、P、Bなどを含んでもよい。
【0007】本発明で用いられるさらに好ましいリチウ
ム含有金属酸化物正極活物質としては、Lix Co
2 、Lix NiO2 、Lix Coa Ni1-a 2 、L
x Cob 1-b z 、Lix Cob Fe1-b z 、L
x Mn2 4 、、Lix MnO2 、Lix Mn
2 3 、Lix Mnb Co2-b z 、Lix Mnb Ni
2-b z、Lix Mnb V2-b z 、Lix Mnb Fe
1-b z (ここでx=0.8〜1.1、a=0.1〜
0.9、b=0.8〜0.98、z=1.5〜5)があ
げられる。本発明で用いられる最も好ましいリチウム含
有遷移金属酸化物正極活物質としては、Lix Co
2 、Lix NiO2 、Lix Coa Ni1-a 2 、L
x Mn2 4 、Lix Cob 1-b z (ここでx=
0.8〜1.1、a=0.1〜0.9、b=0.9〜
0.98、z=2.02〜2.3)があげられる。
【0008】本発明で用いられる負極活物質は、リチウ
ム金属、リチウム合金、炭素質材料、有機導電性高分子
化合物あるいはリチウムを挿入・放出することができる
酸化物、カルコゲナイド、例えば、TiS2 、LiTi
2 、ルチル構造の遷移金属酸化物、例えば、WO2
Lix Fe(Fe2 )O4 などのスピネル化合物、電気
化学的に合成されたFe2 3 のリチウム化合物、Fe
2 3 のリチウム化合物、Nb2 5 、酸化鉄、Fe
O、Fe2 3 、Fe3 4 、酸化コバルト、CoO、
Co2 3 、Co3 4 などがある。
【0009】本発明で用いられるより好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物負極活物質としては、Lie f
g (ここでM=V、Mn、Fe、Co、Niから選ばれ
る少なくとも1種、e=0.1〜3、f=1あるいは
2、g=1〜5.5)があげられる。本発明で用いられ
る最も好ましいリチウム含有遷移金属酸化物負極活物質
として、Lip Coq 1-q r (ここでp=0.1〜
2.5、b=0〜1、z=1.3〜4.5)があげられ
る。本発明で用いられるさらに最も好ましいリチウム含
有遷移金属酸化物負極活物質として、Lip Coq
1-q r (ここでp=0.1〜2.5、b=0.02〜
0.98、z=1.3〜4.5)があげられる。
【0010】本発明で用いられる好ましい負極活物質の
前駆体として、周期律表IVB〜VB族の半金属の酸化物
あるいはカルコゲナイドを含んだ化合物が挙げられる。
例えば、Ge、Sn、Pb、Sb、Biの酸化物あるい
は硫化物を含んだ化合物が好ましい。例えば、GeO、
GeO2 、SnO、SnO2 、PbO、PbO2 、Pb
2 3 、Pb2 4 、Pb3 4 、Sb2 3 、Sb2
4 、Sb2 5 などを含む酸化物、あるいはGeS、
GeS2 、SnS、SnS2 、PbS、PbS2 、Sb
2 3 、Sb2 5 などを含む硫化物が好ましい。それ
らの中でも、GeO、GeO2 、SnO、SnO2 を含
む酸化物あるいはGeS、SnSを含む硫化物が特に好
ましい。それらの中でも、GeO、GeO2 、SnO、
SnO2が特に好ましい。上記酸化物負極活物質は、高
容量、高放電電位、高安全性、高サイクル性の効果を与
えるので好ましい。前記本発明で言う、負極活物質の前
駆体について説明すれば、例えば、α−PbO構造Sn
Oやルチル構造SnO2 自身では非水電解質電池の負極
活物質としては作動しないが、それらにリチウムを挿入
し続けると結晶構造が変化して、非水電解質電池の負極
活物質として可逆的に作動できる。かかるα−PbO構
造SnOやルチル構造SnO2 ような化合物を負極活物
質の前駆体という。
【0011】本発明において、正極活物質や負極活物質
の少なくとも一方の活物質の粒子の表面層に含ませる酸
化物としては、正極活物質や負極活物質と異なる化学式
を持つ酸化物を用いる。これらはまた、酸性にもアルカ
リ性にも溶解する化合物を含む酸化物が好ましい。さら
に、電子伝導性の高い金属酸化物が好ましい。例えば、
PbO2 、Fe2 3 、SnO2 、In2 3 、ZnO
などやまたはこれらの酸化物にドーパント(例えば、酸
化物では原子価の異なる金属、ハロゲン元素など)を含
ませることが好ましい。特に好ましくは、SiO2 、S
nO2 、Fe23 、ZnO、PbO2 である。ここ
で、前記正極活物質や負極活物質の粒子は結晶粒子であ
っても、無定形粒子であっても、また部分的に結晶した
粒子であっても構わない。
【0012】活物質粒子の表面層に酸化物を含ませる方
法としては、活物質粒子の表面に、目的の元素の水酸化
物を形成させ、加熱により酸化物に変化させる方法が好
ましい。例えば、あらかじめ、所定の方法でそれぞれの
活物質を合成し、その後、表面処理させる金属イオンを
含んだ水溶液に活物質を加え、撹拌しながら、アルカリ
水溶液を加えて、水溶液のpHが7を越えたら、アルカ
リ水溶液の添加をやめ、固形物を濾別し、その固形物を
空気中で、加熱処理をする方法が好ましい。加熱温度は
150〜500℃が好ましい。また、物理的な方法とし
て、真空蒸着法や化学的気相成長法(CVD法)なども
用いられる。表面処理された金属酸化物の量は、該活物
質当たり、0.1〜10重量%が好ましい。また、0.
2〜5重量%が特に好ましく、0.3〜3重量%が最も
好ましい。上記焼成されて得られた化合物の化学式は、
測定方法として誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分
析法、簡便法として、焼成前後の粉体の重量差から算出
した。本発明で用いる正極活物質や負極活物質材料の平
均粒子サイズは特に限定されないが、0.03〜75μ
mが好ましい。所定の粒子サイズにするには、公知の粉
砕機や分級機を使用することができる。例えば、乳鉢、
ボールミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボ
ールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などを挙げるこ
とができる。
【0013】本発明の負極活物質と共に使用できる材料
としては、リチウム金属、リチウム合金、Al−Mg、
Al−Sn、Al−In、Al−Cdなどやリチウムイ
オンまたはリチウム金属を吸蔵・放出できる焼成炭素質
化合物があげられる。上記リチウム金属やリチウム合金
の併用目的は、リチウムイオンを電池内で挿入させるた
めのものであり、電池反応として、リチウム金属などの
溶解・析出反応を利用するものではない。
【0014】電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラー
などを添加することができる。導電剤は、構成された電
池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であ
れば何でもよい。通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒
鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カ−ボンブラック、ア
セチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金
属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉体、
金属繊維あるいはポリフェニレン誘導体などの導電性材
料を1種またはこれらの混合物として含ませることがで
きる。黒鉛とアセチレンブラックの併用がとくに好まし
い。その添加量は、特に限定されないが、1〜50重量
%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。カーボ
ンや黒鉛では、2〜15重量%が特に好ましい。
【0015】結着剤としては、多糖類、熱可塑性樹脂及
びゴム弾性を有するポリマーを一種またはこれらの混合
物を用いることができる。好ましい例としては、でんぷ
ん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、
ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニ
ルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化
ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン
−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スル
ホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジ
エン、フッ素ゴム及びポリエチレンオキシドを挙げるこ
とができる。また、多糖類のようにリチウムと反応する
ような官能基を含む化合物を用いるときは、例えば、イ
ソシアネート基のような化合物を添加してその官能基を
失活させることが好ましい。その結着剤の添加量は、特
に限定されないが、1〜50重量%が好ましく、特に2
〜30重量%が好ましい。合剤中における結着剤の分布
は、均一でも、不均一でも良い。
【0016】フィラーは、構成された電池において、化
学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いるこ
とができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなど
のオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用
いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、0
〜30重量%が好ましい。
【0017】電解質は、一般に、溶媒と、その溶媒に溶
解するリチウム塩(アニオンとリチウムカチオン)とか
ら構成されている。溶媒としては、プロピレンカ−ボネ
−ト、エチレンカーボネ−ト、ブチレンカーボネート、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、ギ酸メチル、酢酸メチル、1,2−ジメ
トキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラ
ヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキ
ソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキ
ソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、エチルモノグ
ライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジ
オキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキ
サゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラ
ヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパ
ンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を挙げることが
でき、これらの一種または二種以上を混合して使用す
る。これらの溶媒に溶解するリチウム塩のアニオンとし
ては、例えば、ClO4 - 、BF4 - 、PF6 - 、CF
3 SO3 - 、CF3 CO2 - 、AsF6 - 、Sb
6 - 、(CF3 SO2 2 - 、B10Cl10 2-
(1,2−ジメトキシエタン)2ClO4 - 、低級脂肪
族カルボン酸イオン、AlCl4- 、Cl- 、Br-
- 、クロロボラン化合物のアニオン、四フェニルホウ
酸イオンを挙げることができ、これらの一種または二種
以上を使用することができる。なかでも、プロピレンカ
−ボネ−トあるいはエチレンカボートと1,2−ジメト
キシエタンおよび/あるいはジエチルカーボネートの混
合液にLiCF3 SO3 、LiClO4 、LiBF4
よび/あるいはLiPF6 を含む電解質が好ましい。
【0018】これら電解質を電池内に添加する量は、特
に限定されないが、正極活物質や負極活物質の量や電池
のサイズによって必要量用いることができる。溶媒の体
積比率は、特に限定されないが、プロピレンカーボネー
トあるいはエチレンカボート対1,2−ジメトキシエタ
ンおよび/あるいはジエチルカーボネートの混合液の場
合、0.4/0.6〜0.6/0.4(1,2−ジメト
キシエタンとジエチルカーボネートを両用するときの混
合比率は0.4/0.6〜0.6/0.4)が好まし
い。リチウム塩の濃度は、特に限定されないが、電解液
1リットル当たり0.2〜3モルが好ましい。
【0019】また、電解液の他に次の様な固体電解質も
用いることができる。固体電解質としては、無機固体電
解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質に
は、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく
知られている。なかでも、Li3 N、LiI、Li5
2 、Li3 N−LiI−LiOH、LiSiO4 、L
iSiO4 −LiI−LiOH(特開昭49−8189
9号公報)、xLi3 PO4 −(1−x)Li4 SiO
4 (特開昭59−60866号公報)、Li2 SiS3
(特開昭60−501731号公報)、硫化リン化合物
(特開昭62−82665号公報)などが有効である。
【0020】有機固体電解質では、ポリエチレンオキサ
イド誘導体か該誘導体を含むポリマー(特開昭63−1
35447号公報)、ポリプロピレンオキサイド誘導体
あるいは該誘導体を含むポリマー、イオン解離基を含む
ポリマー(特開昭62−254302号公報、特開昭6
2−254303号公報、特開昭63−193954号
公報)、イオン解離基を含むポリマーと上記非プロトン
性電解液の混合物(米国特許番号4,792,504、
米国特許番号4,830,939、特開昭62−223
75号公報、特開昭62−22376号公報、特開昭6
3−22375号公報、特開昭63−22776号公
報、特開平1−95117号公報)、リン酸エステルポ
リマー(特開昭61−256573号公報)、非プロト
ン性極性溶媒を含有させた高分子マトリックス材料(米
国特許番号4,822,70号、米国特許番号4,83
0,939号、特開昭63−239779号公報、特願
平2−30318号公報、特願平2−78531号公
報)が有効である。さらに、ポリアクリロニトリルを電
解液に添加する方法もある(特開昭62−278774
号公報)。また、無機と有機固体電解質を併用する方法
(特開昭60−1768号公報)も知られている。
【0021】セパレ−タ−としては、大きなイオン透過
度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜が用
いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプレピレンな
どのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維あるいは
ポリエチレンなどからつくられたシートや不織布が用い
られる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として用
いられる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10μ
mが用いられる。セパレターの厚みは、一般に電池用の
範囲で用いられる。例えば、5〜300μmが用いられ
る。
【0022】また、放電や充放電サイクル特性を改良す
る目的で、他の化合物を電解質に添加しても良い。例え
ば、ピリジン、トリエチルフォスファイト、トリエタノ
ールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−グ
ライム、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導
体、硫黄、キノンイミン染料、N−置換オキサゾリジノ
ンとN, N’−置換イミダリジノン、エチレングリコー
ルジアルキルエーテル、第四級アンモニウム塩、ポリエ
チレングリコ−ル、ピロール、2−メトキシエタノー
ル、AlCl3 、導電性ポリマー電極活物質のモノマ
ー、トリエチレンホスホルアミド、トリアルキルホスフ
ィン、モルホリン、カルボニル基を持つアリール化合
物、12−クラウンー4のようなクラウンエーテル類、
ヘキサメチルホスホリックトリアミドと4−アルキルモ
ルホリン、二環性の三級アミン、オイル、四級ホスホニ
ウム塩、三級スルホニウム塩などを挙げることができ
る。
【0023】また、電解液を不燃性にするために含ハロ
ゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを
電解液に含ませることができる。また、高温保存に適性
をもたせるために電解液に炭酸ガスを含ませることがで
きる(特開昭59−134567号公報)。また、正極
や負極の合剤には電解液あるいは電解質を含ませること
ができる。例えば、前記イオン導電性ポリマーやニトロ
メタン(特開昭48−36633号公報)、電解液(特
開昭57−124870号公報)を含ませる方法が知ら
れている。
【0024】また、正極活物質粒子の表面を改質するこ
とができる。例えば、金属酸化物粒子の表面をエステル
化剤により処理(特開昭55−163779号公報)し
たり、キレ−ト化剤で処理(特開昭55−163780
号公報)、導電性高分子(特開昭58−163188号
公報、同59−14274号公報)、ポリエチレンオキ
サイドなど(特開昭60−97561号公報)により処
理することが挙げられる。また、負極活物質粒子の表面
を改質することもできる。例えば、イオン導電性ポリマ
−やポリアセチレン層を設ける(特開昭58−1112
76公報))などにより処理することが挙げられる。さ
らにまた、本発明の方法により活物質粒子の表面層に酸
化物を含ませて得た粒子の表面にも上記表面改質をする
ことができる。
【0025】電極活物質の集電体としては、構成された
電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば
何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス
鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素などの
他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、
ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、負極に
は、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、
アルミニウム、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼
の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理
させたもの、Al−Cd合金などが用いられる。これら
の材料の表面を酸化することも用いられる。形状は、フ
ォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされた
もの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体など
が用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜50
0μmのものが用いられる。
【0026】電池の形状はコイン、ボタン、シート、シ
リンダー、角などいずれにも適用できる。電池の形状が
コインやボタンのときは、正極活物質や負極活物質の合
剤はペレットの形状に圧縮されて主に用いられる。その
ペレットの厚みや直径は電池の大きさにより決められ
る。また、電池の形状がシート、シリンダー、角のと
き、正極活物質や負極活物質の合剤は、集電体の上に塗
布(コート)、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。塗
布方法は、一般的な方法を用いることができる。例え
ば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード
法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グ
ラビア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法を挙げ
ることができる。ブレード法、ナイフ法及びエクストル
ージョン法が好ましい。塗布は、0.1〜100m/分
の速度で実施されることが好ましい。この際、合剤の溶
液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法を選定するこ
とにより、良好な塗布層の表面状態を得ることができ
る。その塗布層の厚み、長さや巾は、電池の大きさによ
り決められるが、塗布層の厚みは、ドライ後の圧縮され
た状態で、1〜2000μmが特に好ましい。
【0027】ペレットやシートの乾燥又は脱水方法とし
ては、一般に採用されている方法を利用することができ
る。特に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び
低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが好まし
い。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に10
0〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で
2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や
電解質ではそれぞれ500ppm以下にすることが充放
電サイクル性の点で好ましい。ペレットやシートのプレ
ス法は、一般に採用されている方法を用いることができ
るが、特に金型プレス法やカレンダープレス法が好まし
い。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜3t/
cm2 が好ましい。カレンダープレス法のプレス速度
は、0.1〜50m/分が好ましい。プレス温度は、室
温〜200℃が好ましい。
【0028】該合剤シートは、巻いたり、折ったりして
缶に挿入し、缶とシートを電気的に接続し、電解液を注
入し、封口板を用いて電池缶を形成する。このとき、安
全弁を封口板として用いることができる。安全弁の他、
従来から知られている種々の安全素子を備えつけても良
い。例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメ
タル、PTC素子などが用いられる。また、安全弁のほ
かに電池缶の内圧上昇の対策として、電池缶に切込を入
れる方法、ガスケット亀裂方法あるいは封口板亀裂方法
あるいはリード板との切断方法を利用することができ
る。また、充電機に過充電や過放電対策を組み込んだ回
路を具備させても良い。缶やリード板は、電気伝導性を
もつ金属や合金を用いることができる。例えば、鉄、ニ
ッケル、チタン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウ
ムなどの金属あるいはそれらの合金が用いられる。キャ
ップ、缶、シート、リード板の溶接法は、公知の方法
(例、直流又は交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波
溶接)を用いることができる。封口用シール剤は、アス
ファルトなどの従来から知られている化合物や混合物を
用いることができる。
【0029】本発明の非水電解質電池の用途には、特に
限定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カ
ラーノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パ
ソコン、ポケット(パームトップ)パソコン、ノート型
ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、
携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンデ
ィーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プ
リンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液
晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミ
ニディスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電
話、トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモ
リーカード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ
電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用
として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩
具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、
時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、
補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種
軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽
電池と組み合わせることもできる。
【0030】本発明の非水電解質電池の構成の好ましい
組合せは、上記の化学材料や電池構成部品の好ましいも
のを組み合わすことが好ましいが、特に正極活物質とし
て、Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix Coa
1-a 2 、Lix Cob 1-b z 、Lix Cob
1-b z 、Lix Mn2 4 、、Lix MnO2 、L
x Mn2 3 、Lix Mnb Co2-b z 、Lix
b Ni2-b z 、Lix Mnb 2-b z 、Lix
b Fe1-b z (ここでx=0.8〜1.1、a=
0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、z=1.5〜
5)などを含む少なくとも1種の化合物、負極活物質と
して、リチウム金属、リチウム合金(Li−Al)、炭
素質化合物、酸化物(LiCoVO4 、SnO2 、Sn
O、GeO2 、GeO)、硫化物(TiS2 、Sn
2 、SnS、GeS2 、GeS)などを含む少なくと
も1種の化合物を用いることが好ましい。これらの電極
活物質の表面層に含ませる酸化物は、電極活物質とは異
なる酸化物であって、SiO2 、SnO2 、ZnO、P
bO2 、Fe2 3 の単独あるいはこれらの混合物が好
ましいこれらの酸化物は、少なくとも1種の電極活物質
に設けることが好ましい。電極活物質とともに用いる合
剤には、電子伝導剤としてアセチレンブラック、黒鉛な
どの炭素材料単独かあるいはニッケルなどの金属粉末を
混合して用いても良い。結着剤はポリフッ化ビニリデ
ン、ポリフルオロエチレンなどの含フッ素熱可塑性化合
物、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンター
ポリマーなどのエラストマーを単独あるいは混合して用
いることができる。また、電解液として、エチレンカー
ボネート、ジエチルカーボネートなどの環状、非環状カ
ーボネートあるいは酢酸エチルなどのエステル化合物の
組合せ、支持電解質のリチウム塩として、LiPF6
LIBF4 、LiCF3 SO3 などのリチウム塩単独あ
るいはそれらを混合して用いることが好ましい。さら
に、セパレーターとして、ポリプロピレンあるいはポリ
エチレンの単独またはそれらの組合せが好ましい。
【0031】
【実施例】以下に具体例をあげ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は以下
に記載する実施例に限定されるものではない。 [実施例1]正極活物質に対して3重量%のZnOを溶
解させたアルカリ水溶液に正極活物質LiCoO2 の粒
子を添加し、塩酸を加えてほぼ中性にする。このときL
iCoO2 の粒子の表面にZn(OH)2 が形成されて
いる。LiCoO2 の粒子を沈澱させ、この沈殿物を濾
過水洗して後、約300℃で4時間焼成し、表面のZn
(OH)2 をZnOに変化させる。さらに、ZnOの代
わりに、FeCl3 を塩酸酸性下で溶解させた水溶液
に、LiCoO2 あるいはLiMn2 4 の粒子を浸漬
し、NaOHにてアルカリ性にし、それらの沈殿物を濾
過水洗して後、800℃にて空気中で5時間熱処理す
る。その結果、LiCoO2 あるいはLiMn2 4
粒子の表面にFe2 3 が形成されていた。これらの表
面加工された粒子を82重量%、導電剤として鱗片状黒
鉛を8重量%、アセチレンブラックを4重量%、結着剤
としてポリテトラフルオロエチレンを6重量%の混合比
で混合した合剤を圧縮成形させた正極ペレット(13m
mΦ、0.35g)をドライボックス(露点−40〜−
70℃、乾燥空気)中で遠赤外線ヒーターにて充分脱水
後、正極材料として用いた。SnO2 換算で負極活物質
に対して5重量%のSnCl4 を溶解させた水溶液に負
極活物質前駆体LiCoVO4 の粒子を添加し、撹拌し
ながらNaOH水溶液を加えてほぼ中性にする。このと
きLiCoVO4 の粒子の表面にSn(OH)4 が形成
されている。この沈殿物を濾過水洗して後、約300℃
で4時間焼成し、粒子の表面のSn(OH)2 をSnO
2 に変化させる。この表面加工された粒子を82重量
%、導電剤として鱗片状黒鉛を8重量%、アセチレンブ
ラックを4重量%、結着剤として、ポリ弗化ビニリデン
を6重量%の混合比で混合した合剤を圧縮成形させた負
極ペレット(13mmΦ、0.060g)を上記と同じ
ドライボックス中で遠赤外線ヒーターにて充分脱水後、
負極材料として用いた。この方法と同様に、SiO2
理したSnO、SnO2 あるいは表面処理しないSn
O、SnO2 を調製した。その他カーボンとしては、黒
鉛を使用した。特に合成法が記載されていない化合物は
全て市販品を使用した。
【0032】集電体は、正・負極缶ともに80μm厚の
SUS316のネットをコイン缶に溶接して用いた。電
解質としてLiPF6 の1molを1リットルのエチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートの等容量混合液
に溶解した溶液の250μl用い、更に、セパレ−タ−
として微孔性のポリプロピレンシートとポリプロピレン
不織布を用いて、その電解液を不織布に含浸させて用い
た。そして、図1の様なコイン型リチウム電池を上記と
同じドライボックス中で作製した。図1において、負極
合剤ペレット2が、負極封口板1とセパレーター3間
に、封入され、集電体5を有する正極ケース6とセパレ
ーター3間に、正負極合剤ペレット4が封入されてお
り、そして負極封口板1の外縁と正極ケース6の外縁の
間には、ガスケット7が設けられている。このリチウム
電池を0.75mA/cm2 の定電流密度にて、所定の
電圧範囲で充放電試験を行なった。試験はすべて充電か
らはじめた。そのときの放電電圧、放電容量、充放電サ
イクル性(1〜10サイクルの放電容量変化率)を第1
表に示す。
【0033】
【表1】
【0034】上記第1表で示された略号は、下記のとお
りである。 (g)充放電サイクル性〔1サイクルと10サイクルの
容量変化率=(1サイクルの放電容量−10サイクルの
放電容量)/(1サイクルの放電容量)〕
【0035】[比較例]正極活物質、負極活物質の前駆
体のいずれも表面処理しない組合せの結果を第2表に示
す。さらにLiCoO2 のCoの5%をSnに置き換え
た化合物を合成し、同様のテストを実施した。平均作動
電圧は、LiCoO2 /LiCoVO4 では、2.9
V、LiCoO2 /SnO2 あるいはSnOでは、3.
5V、LiCoO2 またはLiMn2 4 /カーボンで
は、3.6Vであり、この値は、表面処理の有無とは関
係なかった。いずれも平均作動電圧としては高電圧であ
った。
【0036】
【表2】
【0037】上記第2表で示された略号は、第2表と同
じである。 〔結果〕第1表および第2表から、正極活物質、負極活
物質の前駆体の表面処理を行った本発明の非水電解質電
池の充放電サイクル性は著しく改善されていることがわ
かる。
【0038】
【発明の効果】正極活物質、負極活物質、非水電解質か
らなる非水電池において、正極活物質や負極活物質とは
異なる酸化物を少なくとも一方の活物質の表面層に含ま
せることにより高い放電容量と良好な放充電サイクル性
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に使用したコイン型電池の断面図を示し
たものである。
【符号の説明】
1 負極封口板 2 負極合剤ペレット 3 セパレーター 4 正極合剤ペレット 5 集電体 6 正極ケース 7 ガスケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 6/16 Z 10/40 Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質、負極活物質、非水電解質か
    らなる非水電解質電池において、正極活物質や負極活物
    質とは異なる酸化物を少なくとも一方の活物質粒子の表
    面層に含ませることを特徴とする非水電解質電池。
  2. 【請求項2】 前記活物質粒子の表面層に含ませる酸化
    物は、前記活物質粒子の表面層に前記活物質に対し0.
    1〜10重量%を含んでいることを特徴とする請求項1
    に記載の非水電解質電池。
  3. 【請求項3】 前記酸化物は少なくともSi、Sn、F
    eあるいはZnを含むことを特徴とする請求項1または
    請求項2に記載の非水電解質電池。
  4. 【請求項4】 前記正極活物質および前記負極活物質が
    リチウムを可逆的に挿入、放出できる化合物であること
    を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
    記載の非水二次電池。
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