JPH08106903A - リチウム電池 - Google Patents

リチウム電池

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JPH08106903A
JPH08106903A JP6261300A JP26130094A JPH08106903A JP H08106903 A JPH08106903 A JP H08106903A JP 6261300 A JP6261300 A JP 6261300A JP 26130094 A JP26130094 A JP 26130094A JP H08106903 A JPH08106903 A JP H08106903A
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JP
Japan
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graphite
carbon black
manganese dioxide
particle size
mixture
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Withdrawn
Application number
JP6261300A
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English (en)
Inventor
Osamu Okamoto
修 岡本
Kenichi Yokoyama
賢一 横山
Tetsuo Kawai
徹夫 川合
Hiroshi Yamamoto
宏 山本
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Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リチウムを負極活物質とし、正極活物質とし
て二酸化マンガンを用いるリチウム電池において、二酸
化マンガンの利用率を高め、放電容量を向上させる。 【構成】 導電助剤としてカーボンブラックと黒鉛との
混合物を用いて二酸化マンガンに添加する。上記カーボ
ンブラックとしては平均粒径1μm以下のものが好まし
く、黒鉛としては平均粒径10μm以下のものが好まし
く、カーボンブラックと黒鉛の混合比としては重量比で
80:20〜10:90、特に60:40〜30:70
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム電池に係わ
り、さらに詳しくは、その正極の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、二酸化マンガンを正極活物質とし
て用いたリチウム電池では、二酸化マンガンの導電性が
悪いため、カーボンブラックまたは黒鉛を導電助剤とし
て二酸化マンガンに混合していた。しかしながら、カー
ボンブラックまたは黒鉛のいずれか一方のみを導電助剤
として二酸化マンガンに混合した場合には、導電性が充
分に向上せず、そのため、二酸化マンガンの利用率が悪
いという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な二酸化マンガンの利用率が悪いという問題点を解決
し、二酸化マンガンの利用率を高めて、放電容量の大き
いリチウム電池を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、カーボンブラ
ックと黒鉛との混合物を導電助剤として用いることによ
って、正極活物質の二酸化マンガンの利用率を高めて、
二酸化マンガンの有する電気容量を有効に取り出し、上
記目的を達成したものである。
【0005】本発明において、カーボンブラックと黒鉛
との混合物を導電助剤として用いることにより、二酸化
マンガンの利用率が向上して放電容量が大きくなる理由
は、現在のところ必ずしも明確ではないが、チェーンス
トラクチャ構造を有するカーボンブラックと層状構造を
有する黒鉛とが混合されていることによって、放電に伴
う正極の膨張時に、導電性の低下が抑制されて、良好な
導電性が確保され、それによって、二酸化マンガンの利
用率が向上し、二酸化マンガンの有する電気容量が放電
末期まで有効に活用されるようになるためであると考え
られる。
【0006】本発明において、カーボンブラックとして
は平均粒径1μm以下のものが好ましく、黒鉛としては
平均粒径10μm以下のものが好ましい。すなわち、カ
ーボンブラックとして平均粒径1μm以下のものを用
い、黒鉛として平均粒径10μm以下のものを用いるこ
とによって、大きな放電容量が得られるようになるが、
これは、微細な導電助剤が正極活物質の二酸化マンガン
粉末中に均一に分散され、それによって、正極内の電気
抵抗が均一になり、かつ電解液の保持性が改良されて、
二酸化マンガンの利用率が向上することによるものと考
えられる。
【0007】上記のように二酸化マンガンの利用率を高
めるという観点からは、カーボンブラックは粒径が小さ
いものほど好ましいが、カーボンブラックが小さくなり
すぎると、二酸化マンガンや黒鉛と混合した時に、分散
性が悪くなり、その正極合剤から成形した正極の導電経
路が不均一になって導電性が悪くなるので、カーボンブ
ラックは平均粒径が1μm以下であって0.1μm以上
のものが好ましい。また、同様に、黒鉛も、二酸化マン
ガンの利用率を高めるという観点からは、粒径が小さい
ものほど好ましいが、黒鉛が小さくなりすぎると、正極
の密度が小さくなり、充填できる二酸化マンガン量が減
少して、放電容量が低下するので、黒鉛は平均粒径が1
0μm以下であって1μm以上のものが好ましい。
【0008】上記カーボンブラックと黒鉛との混合物中
における両者の比率は重量比で80:20〜10:9
0、特に60:40〜30:70であることが好まし
い。上記混合物中におけるカーボンブラックの比率が上
記範囲より少ない場合は、導電性が低下し、カーボンブ
ラックの比率が上記範囲より多くなると、得られた正極
合剤を成形する際の成形性が悪くなる。黒鉛の場合は、
その逆で、混合物中の黒鉛の比率が上記範囲より少ない
場合は、得られた正極合剤を成形する際の成形性が悪く
なり、黒鉛の比率が上記範囲より多くなると、導電性が
低下する。
【0009】本発明において、正極活物質としては二酸
化マンガンが用いられるが、この二酸化マンガンは電解
二酸化マンガン、化学二酸化マンガンのいずれであって
もよい。正極は、正極活物質としての二酸化マンガンに
上記カーボンブラックと黒鉛との混合物からなる導電助
剤を添加し、要すれば、ポリテトラフルオロエチレン、
ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を添加し、混合して
調製した正極合剤を、例えば加圧成形したり、シート化
することによって作製される。その際、正極の内部また
は端部に金網、エキスパンドメタル、パンチドメタルな
どの多孔性金属を集電体として配設してもよい。
【0010】二酸化マンガンに対するカーボンブラック
と黒鉛との混合物からなる導電助剤の添加量は、特に限
定されるものではないが、二酸化マンガン100重量部
に対して、上記カーボンブラックと黒鉛との混合物から
なる導電助剤が5〜20重量部、特に7〜12重量部が
好ましい。二酸化マンガンに対するカーボンブラックと
黒鉛との混合物からなる導電助剤の添加量が上記範囲よ
り少ない場合は、導電性が充分に向上せず、また二酸化
マンガンに対するカーボンブラックと黒鉛との混合物か
らなる導電助剤の添加量が上記範囲より多くなると、導
電助剤の増量により電池内に充填できる二酸化マンガン
量が減少して、電池全体としての放電容量が低下するお
それがある。
【0011】上記カーボンブラックと黒鉛との混合物か
らなる導電助剤は、正極内で混合状態にあればよく、二
酸化マンガンに添加するにあたって、あらかじめ混合し
ておいてもよいし、また正極合剤の調製時にそれぞれカ
ーボンブラックと黒鉛の状態で添加して、正極合剤の調
製時に混合されるようにしてもよく、通常は後者の方法
が採られている。
【0012】本発明のリチウム電池において、負極活物
質はリチウムであるが、負極は、金属リチウムのみなら
ず、リチウム合金や、リチウムをドープし、かつ脱ドー
プし得るカーボンなどを用いて作製してもよい。つま
り、負極はリチウムが負極活物質として作用するもので
構成されていればよい。
【0013】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、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクト
ン、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、ジエチルエーテル、スルホ
ランなどの有機溶媒の単独または2種以上の混合溶媒
に、LiClO4 、LiPF6 、LiSbF6 、LiA
sF6 、LiBF4 、Li(C6 5 4 、LiCF3
SO3 、LiC4 9 SO3 、(CF3 SO2 2 NL
i、(CF3 SO2 3 CLiなどの電解質を溶解させ
たものが用いられる。
【0014】
【実施例】つぎに、実施例をあげて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。
【0015】実施例1 400℃で加熱処理した電解二酸化マンガン粉末100
重量部と、平均粒径0.5μmのカーボンブラック5重
量部と、平均粒径5μmの黒鉛5重量部と、ポリテトラ
フルオロエチレンディスパージョン2重量部(固形分6
0重量%)とを混合して正極合剤を調製し、この正極合
剤を加圧成形して、厚さ1.85mm、直径15.3m
mの円板状の正極を作製した。負極は厚さ0.58m
m、直径15.4mmのリチウムで構成し、電解液には
プロピレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンと
の体積比1:1の混合溶媒にLiClO4 を0.5mo
l/l溶解させたものを用いて、図1に示す構造で外径
20mm、高さ3.2mmのコイン形リチウム電池を作
製した。
【0016】図1に示す電池について説明すると、1は
上記の正極、2は上記リチウムからなる負極、3はセパ
レータで、このセパレータ3としてはポリプロピレン不
織布が用いられている。4はステンレス鋼製の正極缶、
5はステンレス鋼製の負極缶で、6はポリプロピレン製
の環状ガスケットである。
【0017】実施例2 カーボンブラックの使用量を5重量部から8重量部に変
更し、黒鉛の使用量を5重量部から2重量部に変更した
以外は、実施例1と同様の構成でリチウム電池を作製し
た。
【0018】実施例3 カーボンブラックの使用量を5重量部から1重量部に変
更し、黒鉛の使用量を5重量部から9重量部に変更した
以外は、実施例1と同様の構成でリチウム電池を作製し
た。
【0019】比較例1 カーボンブラックと黒鉛との混合物からなる導電助剤に
代えて、導電助剤として平均粒径5mmの黒鉛を10重
量部用いた以外は、実施例1と同様の構成でリチウム電
池を作製した。
【0020】比較例2 カーボンブラックと黒鉛との混合物からなる導電助剤に
代えて、導電助剤として平均粒径0.5μmのカーボン
ブラックを10重量部用いた以外は、実施例1と同様の
構成でリチウム電池を作製した。
【0021】上記実施例1〜3の電池と比較例1〜2の
電池を20℃、10kΩの定抵抗で連続放電した時の放
電持続時間を調べた。その結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示すように、カーボンブラックと黒
鉛との混合物を導電助剤として用いた実施例1〜3の電
池は、黒鉛を単独で導電助剤として比較例1の電池やカ
ーボンブラックを単独で導電助剤として用いた比較例2
の電池に比べて、放電持続時間が長く、高容量であっ
て、二酸化マンガンの利用率が向上していることが明ら
かであった。
【0024】つぎに、実施例1と同比率のカーボンブラ
ックと黒鉛との混合物を導電助剤とし、黒鉛は実施例1
と同様に平均粒径5μmのものを用い、カーボンブラッ
クは平均粒径0.1μm、1μm、1.5μm、2μm
のものを用い、それ以外は実施例1と同様の構成でリチ
ウム電池を作製し、実施例1と同様の条件下で連続放電
した時の放電持続時間を調べた。その結果を図2に示
す。この図2には上記実施例1の結果も示しており、図
2中のカーボンブラックの平均粒径0.5μmの場合が
実施例1に相当する。
【0025】図2に示すように、カーボンブラックの平
均粒径が1.0μmまでの範囲では750時間以上の長
い放電持続時間を示すが、カーボンブラックの平均粒径
が1μmより大きくなると、放電持続時間が短くなる傾
向がある。
【0026】また、実施例1と同比率のカーボンブラッ
クと黒鉛の混合物を導電助剤とし、カーボンブラックは
実施例1と同様に平均粒径0.5μmのものを用い、黒
鉛は平均粒径2μm、10μm、20μm、30μmの
ものを用い、それ以外は実施例1と同様の構成でリチウ
ム電池を作製し、実施例1と同様の条件下で連続放電し
た時の放電持続時間を調べた。その結果を図3に示す。
この図3には前記実施例1の結果も示しており、図3中
の黒鉛の平均粒径5μmの場合が実施例1に相当する。
【0027】図3に示すように、黒鉛の平均粒径が10
μmまでの範囲では、750時間以上の長い放電持続時
間を示すが、黒鉛の平均粒径が10μmより大きくなる
と放電持続時間が短くなる傾向がある。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、カー
ボンブラックと黒鉛との混合物を導電助剤として用いる
ことにより、二酸化マンガンの利用率を高めて、放電容
量の大きいリチウム電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリチウム電池の一例を示す断面図
である。
【図2】カーボンブラックと黒鉛との混合物を導電助剤
として用いたリチウム電池において、カーボンブラック
の平均粒径と放電持続時間との関係を示す図である。
【図3】カーボンブラックと黒鉛との混合物を導電助剤
として用いたリチウム電池において、黒鉛の平均粒径と
放電持続時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 宏 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムを負極活物質とするリチウム電
    池において、正極活物質として二酸化マンガンを用い、
    導電助剤としてカーボンブラックと黒鉛との混合物を用
    いたことを特徴とするリチウム電池。
  2. 【請求項2】 カーボンブラックの平均粒径が1μm以
    下で、黒鉛の平均粒径が10μm以下である請求項1記
    載のリチウム電池。
  3. 【請求項3】 カーボンブラックと黒鉛との混合比が重
    量比で80:20〜10:90である請求項1記載のリ
    チウム電池。
JP6261300A 1994-09-30 1994-09-30 リチウム電池 Withdrawn JPH08106903A (ja)

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JP6261300A JPH08106903A (ja) 1994-09-30 1994-09-30 リチウム電池

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JP6261300A JPH08106903A (ja) 1994-09-30 1994-09-30 リチウム電池

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230154974A (ko) 2021-03-17 2023-11-09 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 편평형 리튬 1차 전지용 정극 합제의 제조 방법, 및, 편평형 리튬 1차 전지

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KR20230154974A (ko) 2021-03-17 2023-11-09 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 편평형 리튬 1차 전지용 정극 합제의 제조 방법, 및, 편평형 리튬 1차 전지

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Effective date: 20020115