JPH0729597A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
- Publication number
- JPH0729597A JPH0729597A JP5196814A JP19681493A JPH0729597A JP H0729597 A JPH0729597 A JP H0729597A JP 5196814 A JP5196814 A JP 5196814A JP 19681493 A JP19681493 A JP 19681493A JP H0729597 A JPH0729597 A JP H0729597A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- negative electrode
- secondary battery
- charge
- discharge
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 充放電時に負極から剥離し充放電に使用され
ないリチウムの生成を防止し、充放電寿命の向上および
充放電を繰り返すことによって生じる安全性低下の防止
したリチウム二次電池を提供することを目的とする。 【構成】 リチウムを活物質とする負極２と、リチウム
イオンを挿入および脱離可能な正極６および非水溶媒に
イオン解離性のリチウム塩を溶解した電解液３を有する
リチウム二次電池において、当該負極２がリチウムと合
金化しない導電性金属粉末を含有するリチウム金属であ
ることを特徴とする。 【効果】 負極に導電性金属粉末材料を含有するリチウ
ム金属を用いることにより、充放電寿命が長く、安全性
が高いリチウム二次電池を実現できる。
ないリチウムの生成を防止し、充放電寿命の向上および
充放電を繰り返すことによって生じる安全性低下の防止
したリチウム二次電池を提供することを目的とする。 【構成】 リチウムを活物質とする負極２と、リチウム
イオンを挿入および脱離可能な正極６および非水溶媒に
イオン解離性のリチウム塩を溶解した電解液３を有する
リチウム二次電池において、当該負極２がリチウムと合
金化しない導電性金属粉末を含有するリチウム金属であ
ることを特徴とする。 【効果】 負極に導電性金属粉末材料を含有するリチウ
ム金属を用いることにより、充放電寿命が長く、安全性
が高いリチウム二次電池を実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池、
さらに詳しくはリチウムを負極活物質とし、リチウムイ
オンを挿入、脱離可能な正極とし、非水電解液を用いる
リチウム二次電池の負極に関するものである。
さらに詳しくはリチウムを負極活物質とし、リチウムイ
オンを挿入、脱離可能な正極とし、非水電解液を用いる
リチウム二次電池の負極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型軽量化、携帯化が進み、
その電源として高エネルギー密度電池の開発が要求され
ている。このような要求に答える電池として、負極にリ
チウムを活物質とした充放電可能な高性能二次電池の開
発が期待されている。リチウムを活物質とした負極とし
ては、例えば、リチウム金属、リチウム合金、金属ある
いは、リチウムイオンを挿入、放出可能な化学物質（例
えば、種々の炭素材料、Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3等）を用いる
ことが試みられているが、原理的に最も高エネルギー密
度を可能にする負極は、リチウム金属を負極に用いた電
池である。本明細書では、以後負極にリチウム金属を用
い、リチウムイオンを挿入および脱離可能な正極および
非水溶媒にイオン解離性のリチウム塩を溶解した電解液
を有し、充放電可能な電池をリチウム二次電池と称す
る。
その電源として高エネルギー密度電池の開発が要求され
ている。このような要求に答える電池として、負極にリ
チウムを活物質とした充放電可能な高性能二次電池の開
発が期待されている。リチウムを活物質とした負極とし
ては、例えば、リチウム金属、リチウム合金、金属ある
いは、リチウムイオンを挿入、放出可能な化学物質（例
えば、種々の炭素材料、Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3等）を用いる
ことが試みられているが、原理的に最も高エネルギー密
度を可能にする負極は、リチウム金属を負極に用いた電
池である。本明細書では、以後負極にリチウム金属を用
い、リチウムイオンを挿入および脱離可能な正極および
非水溶媒にイオン解離性のリチウム塩を溶解した電解液
を有し、充放電可能な電池をリチウム二次電池と称す
る。
【０００３】
【発明が解決する問題点】リチウム二次電池は、基本的
に市販されている各種の二次電池、例えば、ニッケルカ
ドミウム電池、鉛蓄電池などに比べて高性能であるが、
充放電回数が増えると放電特性の劣化、安全性の劣化な
どが確認されている。このことはリチウム二次電池では
充放電を繰り返すと、負極から剥離し充放電に使用され
ないリチウムが負極上に堆積するためであると考えられ
ている。このリチウムの剥離は、特に急速充電を行なっ
た場合に顕著になる。
に市販されている各種の二次電池、例えば、ニッケルカ
ドミウム電池、鉛蓄電池などに比べて高性能であるが、
充放電回数が増えると放電特性の劣化、安全性の劣化な
どが確認されている。このことはリチウム二次電池では
充放電を繰り返すと、負極から剥離し充放電に使用され
ないリチウムが負極上に堆積するためであると考えられ
ている。このリチウムの剥離は、特に急速充電を行なっ
た場合に顕著になる。
【０００４】この負極の劣化を防ぐための対策として、
特開昭５９−１３２５６７号公報、特開昭６１−２４５
４７５号公報、特開昭６２−１４０３５５８号公報など
に記載されているように、リチウム金属を合金化した
り、導電性高分子を複合化したりする試みがなされてい
るが、まだ不十分である。しかも、リチウムアルミニウ
ム合金の場合、充放電を繰り返すことで合金の膨張収縮
により電極が破壊されるという問題があり、さらに充放
電時にはリチウムの合金中での拡散速度が遅いため電池
の取得電流は低いという問題があった。また導電性高分
子の複合化の場合は、負極の体積効率が劣化するなどの
問題点を有している。
特開昭５９−１３２５６７号公報、特開昭６１−２４５
４７５号公報、特開昭６２−１４０３５５８号公報など
に記載されているように、リチウム金属を合金化した
り、導電性高分子を複合化したりする試みがなされてい
るが、まだ不十分である。しかも、リチウムアルミニウ
ム合金の場合、充放電を繰り返すことで合金の膨張収縮
により電極が破壊されるという問題があり、さらに充放
電時にはリチウムの合金中での拡散速度が遅いため電池
の取得電流は低いという問題があった。また導電性高分
子の複合化の場合は、負極の体積効率が劣化するなどの
問題点を有している。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、このような現状に鑑みなされ
たものであり、その目的は、充放電時に負極から剥離し
充放電に使用されないリチウムの生成を防止し、充放電
寿命の向上および充放電を繰り返すことによって生じる
安全性低下の防止を目的としている。
たものであり、その目的は、充放電時に負極から剥離し
充放電に使用されないリチウムの生成を防止し、充放電
寿命の向上および充放電を繰り返すことによって生じる
安全性低下の防止を目的としている。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】上述の問題点を解決す
るため、本発明によるリチウム二次電池は、リチウムを
活物質とする負極と、リチウムイオンを挿入および脱離
可能な正極および非水溶媒にイオン解離性のリチウム塩
を溶解した電解液を有するリチウム二次電池において、
当該負極がリチウムと合金化しない導電性金属粉末を含
有するリチウム金属であることを特徴とするものであ
る。
るため、本発明によるリチウム二次電池は、リチウムを
活物質とする負極と、リチウムイオンを挿入および脱離
可能な正極および非水溶媒にイオン解離性のリチウム塩
を溶解した電解液を有するリチウム二次電池において、
当該負極がリチウムと合金化しない導電性金属粉末を含
有するリチウム金属であることを特徴とするものであ
る。
【０００７】本発明を詳しく説明する。
【０００８】本発明によるリチウム二次電池は、リチウ
ム負極にリチウムと合金しない導電性金属粉末を含有す
ることを特徴とし、この構造を採用することにより、充
放電寿命が長く、安全なリチウム二次電池を実現でき
る。すなわち、電気化学的には導電性金属粉末とリチウ
ム金属との接面から優先的にリチウムの析出が生じ、堆
積時にも導電性金属粉末が核となりリチウムの結晶成長
が起こる。このことから負極全体として均一なリチウム
の析出形態を実現でき、充放電を繰り返しても樹脂状の
リチウムが生じにくく、また樹脂状リチウムが形成され
剥離した場合でも、導電性金属粉末と接触することで、
再びリチウムを充放電に使用できるようになる。これら
の効果から充放電寿命の向上が実現できるものである。
ム負極にリチウムと合金しない導電性金属粉末を含有す
ることを特徴とし、この構造を採用することにより、充
放電寿命が長く、安全なリチウム二次電池を実現でき
る。すなわち、電気化学的には導電性金属粉末とリチウ
ム金属との接面から優先的にリチウムの析出が生じ、堆
積時にも導電性金属粉末が核となりリチウムの結晶成長
が起こる。このことから負極全体として均一なリチウム
の析出形態を実現でき、充放電を繰り返しても樹脂状の
リチウムが生じにくく、また樹脂状リチウムが形成され
剥離した場合でも、導電性金属粉末と接触することで、
再びリチウムを充放電に使用できるようになる。これら
の効果から充放電寿命の向上が実現できるものである。
【０００９】導電性を有する金属粉末としては、ニッケ
ル、マンガン、チタン、銅、アルミニウム、金、亜鉛、
白金、スズ、銀、ビスマス、カドミウム、テルル、ステ
ンレス鋼などの一種以上が使用できる。好ましくはリチ
ウム金属との反応性が低い、例えば、ニッケル、銅など
であり、粒径０．１〜１００μｍである。粒径が１００
μｍ以上の場合、リチウム堆積時の結晶成長核としては
大きすぎ、粒径が１０μｍ以下の場合、結晶成長核とし
ての効果は期待されるものの、剥離した樹脂状リチウム
を電気的に接触させる接触面積が小さくなり、剥離した
リチウムとの接触によりリチウムを回復させる効果が乏
しくなる。
ル、マンガン、チタン、銅、アルミニウム、金、亜鉛、
白金、スズ、銀、ビスマス、カドミウム、テルル、ステ
ンレス鋼などの一種以上が使用できる。好ましくはリチ
ウム金属との反応性が低い、例えば、ニッケル、銅など
であり、粒径０．１〜１００μｍである。粒径が１００
μｍ以上の場合、リチウム堆積時の結晶成長核としては
大きすぎ、粒径が１０μｍ以下の場合、結晶成長核とし
ての効果は期待されるものの、剥離した樹脂状リチウム
を電気的に接触させる接触面積が小さくなり、剥離した
リチウムとの接触によりリチウムを回復させる効果が乏
しくなる。
【００１０】該負極は、上記金属粉末をリチウム金属で
挟みロールあるいはプレス機などにて圧延を１０回以上
繰り返したり、あるいは溶融したリチウム金属中に上記
金属粉末を添加後、押し出し成型することで薄膜化して
作製することができる。特に、上記金属粉末が該負極中
に分散して存在していることが好ましい。
挟みロールあるいはプレス機などにて圧延を１０回以上
繰り返したり、あるいは溶融したリチウム金属中に上記
金属粉末を添加後、押し出し成型することで薄膜化して
作製することができる。特に、上記金属粉末が該負極中
に分散して存在していることが好ましい。
【００１１】また、金属粉末がリチウムと合金化する
と、上記発明の作用が生じないので、金属粉末として
は、リチウムと合金化しないものを選定する必要があ
る。
と、上記発明の作用が生じないので、金属粉末として
は、リチウムと合金化しないものを選定する必要があ
る。
【００１２】本発明のリチウム二次電池の正極として
は、例えば、ＬｉxＣｏＯ2（０≦ｘ≦１）、ＬｉxＮｉ
Ｏ2（０≦ｘ≦１）、ＬｉxＭｎ2Ｏ4（０≦ｘ≦１）、結
晶あるいは非結晶のＶ2Ｏ5、ＬｉxＶ3Ｏ8（０＜ｘ≦
１）、ＴｉＳ2、ＮｂＳｅ3等を用いることができる。
は、例えば、ＬｉxＣｏＯ2（０≦ｘ≦１）、ＬｉxＮｉ
Ｏ2（０≦ｘ≦１）、ＬｉxＭｎ2Ｏ4（０≦ｘ≦１）、結
晶あるいは非結晶のＶ2Ｏ5、ＬｉxＶ3Ｏ8（０＜ｘ≦
１）、ＴｉＳ2、ＮｂＳｅ3等を用いることができる。
【００１３】また、電解液に用いるリチウム塩として
は、例えば、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＳｂＦ6、
ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＣ（Ｃ
Ｆ3ＳＯ2）3、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｌＣｌ4
等を用いることができる。電解液に用いる非水溶媒とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、Г−ブチルラクトン等の環状エステル、ジメチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネート等の非環状エステ
ル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラ
ン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオ
キソラン等の環状エーテル、ジアルコキシエタン、グラ
イム類等の非環状エーテル、スルホラン等の硫黄化合物
等を単独もしくは２種類以上混合して用いることができ
る。
は、例えば、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＳｂＦ6、
ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＣ（Ｃ
Ｆ3ＳＯ2）3、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｌＣｌ4
等を用いることができる。電解液に用いる非水溶媒とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、Г−ブチルラクトン等の環状エステル、ジメチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネート等の非環状エステ
ル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラ
ン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオ
キソラン等の環状エーテル、ジアルコキシエタン、グラ
イム類等の非環状エーテル、スルホラン等の硫黄化合物
等を単独もしくは２種類以上混合して用いることができ
る。
【００１４】
【比較例１】コイン電池の構造を図１に示す。図中、１
は負極ケース、２は負極、３は電解液、４はセパレー
タ、５は正極ケース、６は正極、７はガスケットであ
る。
は負極ケース、２は負極、３は電解液、４はセパレー
タ、５は正極ケース、６は正極、７はガスケットであ
る。
【００１５】負極として、厚さ１５０μｍのリチウム金
属薄膜、電解液として１モル／ｌのＬｉＡｓＦ6をエチ
レンカーボネートとプロピレンカーボネートの混合溶媒
（体積混合比、１：１）に溶解したものを用いて、コイ
ン電池（直径２３ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を作製した。
属薄膜、電解液として１モル／ｌのＬｉＡｓＦ6をエチ
レンカーボネートとプロピレンカーボネートの混合溶媒
（体積混合比、１：１）に溶解したものを用いて、コイ
ン電池（直径２３ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を作製した。
【００１６】この電池を、０．４ｍＡ（０．１７６ｍＡ
／ｃｍ2）の放電電流で１８時間放電し、０．８ｍＡ
（０．３５２ｍＡ／ｃｍ2）で９時間放電する操作を１
サイクルとして、充放電のサイクルを１０回繰り返した
のちに、６ｍＡ（２．６５ｍＡ／ｃｍ2）にて−２．０
Ｖまで放電した。その際の充放電効率を表１に示す。
／ｃｍ2）の放電電流で１８時間放電し、０．８ｍＡ
（０．３５２ｍＡ／ｃｍ2）で９時間放電する操作を１
サイクルとして、充放電のサイクルを１０回繰り返した
のちに、６ｍＡ（２．６５ｍＡ／ｃｍ2）にて−２．０
Ｖまで放電した。その際の充放電効率を表１に示す。
【００１７】
【実施例１】負極として、リチウム金属中に粒径２０μ
ｍのニッケル粉末を９０重量％均一に含有した厚さ１５
０μｍの箔を用いた以外は、比較例１と同様に電池作製
し、同じ方法で充放電効率を求めた。その際の充放電効
率を表１に示す。比較例１に比べ、実施例１は、飛躍的
に充放電効率が向上していることが明らかである。
ｍのニッケル粉末を９０重量％均一に含有した厚さ１５
０μｍの箔を用いた以外は、比較例１と同様に電池作製
し、同じ方法で充放電効率を求めた。その際の充放電効
率を表１に示す。比較例１に比べ、実施例１は、飛躍的
に充放電効率が向上していることが明らかである。
【００１８】
【実施例２】負極として、リチウム金属中に粒径２０μ
ｍの銅粉末を９０重量％均一に含有した厚さ１５０μｍ
の箔を用いた以外は、比較例１と同様に電池作製し、同
じ方法で充放電効率を求めた。コイン電池の構造を図３
に示す。その際の充放電効率を表１に示す。比較例１に
比べ、実施例２は、飛躍的に充放電効率が向上している
ことが明らかである。
ｍの銅粉末を９０重量％均一に含有した厚さ１５０μｍ
の箔を用いた以外は、比較例１と同様に電池作製し、同
じ方法で充放電効率を求めた。コイン電池の構造を図３
に示す。その際の充放電効率を表１に示す。比較例１に
比べ、実施例２は、飛躍的に充放電効率が向上している
ことが明らかである。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、負極に導電性金属粉末材料を含有するリチウ
ム金属を用いることにより、充放電寿命が長く、安全性
が高いリチウム二次電池を実現できる。
によれば、負極に導電性金属粉末材料を含有するリチウ
ム金属を用いることにより、充放電寿命が長く、安全性
が高いリチウム二次電池を実現できる。
【図１】コイン電池の構造を示した断面図。
１ 負極ケース ２ 負極 ３ 電解液 ４ セパレータ ５ 電池ケース ６ 正極 ７ ガスケット
フロントページの続き (72)発明者 山木 準一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】リチウムを活物質とする負極と、リチウム
イオンを挿入および脱離可能な正極および非水溶媒にイ
オン解離性のリチウム塩を溶解した電解液を有するリチ
ウム二次電池において、当該負極がリチウムと合金化し
ない導電性金属粉末を含有するリチウム金属であること
を特徴とするリチウム二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5196814A JPH0729597A (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5196814A JPH0729597A (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | リチウム二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729597A true JPH0729597A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=16364107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5196814A Pending JPH0729597A (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729597A (ja) |
-
1993
- 1993-07-14 JP JP5196814A patent/JPH0729597A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001243957A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JPH08167429A (ja) | 再充電可能な電気化学的セル及びその製造方法 | |
| KR20070058484A (ko) | 향상된 리튬 전지 및 이를 형성하는 방법 | |
| JP2004146348A (ja) | リチウム二次電池用負極及びこれを含むリチウム二次電池 | |
| US6764791B2 (en) | Rechargeable lithium battery | |
| JPH08279357A (ja) | リチウム二次電池及びその製造方法 | |
| JP2001250559A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP2002289177A (ja) | リチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池 | |
| JPH0896849A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2002367602A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JPH10208777A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP3721734B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JPH08306390A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP3204358B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP4849291B2 (ja) | 二次電池 | |
| JP3565478B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2001068162A (ja) | 非水電解質二次電池およびその充放電方法 | |
| JP3570128B2 (ja) | 非水電解液二次電池の製造方法 | |
| JP3152307B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP3202880B2 (ja) | 結晶性リチウム金属、その製造方法およびリチウム二次電池 | |
| JPH09102312A (ja) | 二次電池 | |
| JPH0729596A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JPH09204933A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP3795614B2 (ja) | 非水電解質二次電池の充放電方法 | |
| JPH0729597A (ja) | リチウム二次電池 |