JPH08171937A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH08171937A
JPH08171937A JP6333864A JP33386494A JPH08171937A JP H08171937 A JPH08171937 A JP H08171937A JP 6333864 A JP6333864 A JP 6333864A JP 33386494 A JP33386494 A JP 33386494A JP H08171937 A JPH08171937 A JP H08171937A
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JP
Japan
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positive electrode
active material
negative electrode
electrode active
lithium secondary
Prior art date
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Pending
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JP6333864A
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English (en)
Inventor
Masahiko Kato
雅彦 加藤
Akihiko Murakami
彰彦 村上
Koji Fukui
康二 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aichi Steel Corp
Original Assignee
Aichi Steel Corp
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで容易に製造することができ,使用
前の保存が容易なリチウム二次電池を提供すること。 【構成】 正極2と,負極2と,両者間に介設されるセ
パレータ4と,非水電解液5とを有するリチウム二次電
池10において,正極活物質と負極活物質とは,共にL
x y 4 (ここに,0<x≦2,1≦y≦3)で表
される同一の物質である。Mは,充電によりLiZ 2
4 /Li(ここに,0<z≦2)の電池状態にしたと
き複数段放電をする元素である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,リチウムを吸蔵・放出
できる正極及び負極を用いたリチウム二次電池に関す
る。
【0002】
【従来技術】種々の二次電池のうち,特にリチウム二次
電池は,電圧が高いうえ,自己放電が少なく保存性に優
れている。そのため,多くの分野において有望な二次電
池として期待されている。従来のリチウム二次電池とし
ては,正極活物質にLiCoO2 ,LiNiO2,Li
Mn2 4 等の金属酸化物を,負極活物質にリチウム金
属,リチウム合金,もしくはリチウムイオンを吸蔵・放
出可能な炭素体を用いたものがある(特開昭63−11
4065号)。
【0003】
【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来のリ
チウム二次電池においては,次の問題がある。即ち,上
記正極活物質と負極活物質とは,異なる物質を用いてい
る。そのため,各活物質の製造,及び電池の組み立てに
おいて多くの工数を必要とし,製造コストが高い。
【0004】また,上記正極活物質と負極活物質とは,
製造当初においても,約3V程度の電位差を有してい
る。そのため,製造時に正極と負極とがショートしない
よう十分注意する必要がある。また,このように製造時
に既に電位差を有する電池においては,保存時におい
て,自然放電が生ずる。本発明は,かかる従来の問題点
に鑑みてなされたもので,低コストで容易に製造するこ
とができ,使用前の保存が容易なリチウム二次電池を提
供しようとするものである。
【0005】
【課題の解決手段】本発明は,正極と,負極と,両者間
に介設されるセパレータと,非水電解液とを有するリチ
ウム二次電池において,正極活物質と負極活物質とは,
共にLix y 4 (ここに,0<x≦2,1≦y≦
3)で表される同一の物質であって,上記Mは,充電に
よりLix 2 4 /Li(ここに,0<x≦2)の電
池状態にしたとき複数段放電をする元素であることを特
徴とするリチウム二次電池にある。
【0006】本発明において最も注目すべきことは,上
記正極活物質と負極活物質とは,上記組成式により表さ
れる同一の物質であることにある。また,上記Mは,充
電により,正極活物質をLix 2 4 ,負極活物質を
Liとした,Lix 2 4/Li(ここに,0<x≦
2)の電池状態にしたとき,複数段放電をする元素であ
ることにある(図3参照)。ここで,上記複数段放電と
は,その電池の放電曲線が2か所以上のプラトー(平坦
部)を有することをいう。
【0007】なお,上記複数段放電をする元素Mは,単
独の元素で複数段放電する必要はなく,Mが「M1a
b (ここに,a+b=1)」や「M1a M2b M3c
(ここに,a+b+c=1)」である場合に,M2やM
3が単独では複数段放電しない場合でも「M1a
b 」,「M1a M2b M3c 」が複数段放電すれば良
い。
【0008】また,上記Mに用いる元素は,1種類に限
らず,2種以上にすることもできる。この場合,Mを構
成する元素の総和量の割合が,上記組成式Lix y
4 におけるyとなる。即ち,例えばMが2種類(M1,
M2とする)の元素よりなる場合においては,上記組成
式Lix y 4 は,Lix (M1a M2b y
4(ここに,a+b=1)により表される。その他,M
が3種以上の元素よりなる場合においても,同様であ
る。
【0009】また,上記組成式Lix y 4 におい
て,xが2を越える場合においては,複合酸化物が安定
的に得られなくなり,サイクル特性が悪くなるという問
題があり,好ましくは下限0.5以上,上限は1.5以
下とするのが良い。また,yが1未満の場合には,安定
したスピネル構造が得られなくなり電池容量が低下する
という問題があり,好ましくは1.5以上とするのが良
い。また,yが3を越える場合には,安定したスピネル
構造が得られないという問題があり,好ましくは2.5
以下とするのが良い。
【0010】また,上記Lix y 4 におけるMは,
Mn,Ti,Mg,Bのうちから選択される少なくとも
一種の元素であることが好ましい。これにより,安定し
た電池性能を発揮することができる。
【0011】また,上記セパレータとしては,ポリプロ
ピレンの多孔質フィルム等がある。そして,上記セパレ
ータに含浸させる非水電解液としては,非水溶媒に適量
の電解質を溶解したものがある。上記非水溶媒としては
エチレンカーボネート,ジエチルカーボネート,プロピ
レンカーボネート,ブチレンカーボネート,テトラヒド
ロフラン,2−メチルテトラヒドロフラン,ジメトキシ
エタン,ジオキソラン及びγ−ブチロラクトンから選ば
れた1種又は2種以上の溶媒が好適である。また,上記
電解質としては,LiPF6 ,LiClO4 ,LiBF
4 ,LiAsF6 等がある。
【0012】
【作用および効果】本発明のリチウム二次電池において
は,正極活物質と負極活物質とは,上記特定の組成によ
り表される同一の物質を用いている。そのため,2つの
異なる物質を準備する必要がなく,電極の製造工程の合
理化を図ることができ,製造コストを低減させることが
できる。また,正極活物質と負極活物質とが同一の物質
であるため,製造時の正極と負極とは電位差がなく,自
然放電も生じない。それ故,製造時の取扱い及び使用前
の保存が非常に容易である。
【0013】従って,本発明によれば,低コストで容易
に製造することができ,使用前の保存が容易なリチウム
二次電池を提供することができる。
【0014】
【実施例】
実施例 本発明の実施例にかかるリチウム二次電池につき,図1
〜図3を用いて説明する。本例のリチウム二次電池10
は,図1に示すごとく,正極2と,負極3と,両者間に
介設されるセパレータ4と,非水電解液5とを有する。
また,正極活物質と負極活物質とは,共にLi1 Mn2
4 で表される同一の物質を用いている。
【0015】このLi1 Mn2 4 は,図3に示すごと
く,充電によりLi1 Mn2 4 /Liの電池状態にし
たとき,2段階の複数段放電をする。即ち,上記電池
は,図3に示すごとく,緩やかに放電する2か所のプラ
トー(平坦部)(図3,D,E)を有する。
【0016】上記リチウム二次電池10は,以下の手順
により作製した。まず,ステンレス鋼製のネットからな
る正極集電体22をスポット溶接した正極ケース25
と,同じくステンレス鋼製のネットからなる負極集電体
32をスポット溶接した負極ケース35を準備する。上
記正極ケース25及び負極ケース35は,共にステンレ
ス鋼製の板を絞り加工したものであり,それぞれ正極端
子及び負極端子を兼ねるものである。
【0017】次いで,上記正極集電体22及び負極集電
体32に圧着成形させる正極2及び負極3を以下の手順
により作製する。まず,二酸化マンガンと硝酸リチウム
とからなる出発原料を,生成物のLixMn2 4 にお
けるxが1となるような組成に調合し,十分に粉砕混合
する。その後,空気中において温度700℃で24時間
焼成し,組成Li1 Mn2 4 の活物質を得る。
【0018】次いで,上記活物質と,導電剤としての黒
鉛粉末と,結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン
粉末とを,重量比80:15:5の割合になるよう混合
して電極合剤とする。次いで,この電極合剤を,上記正
極集電体22及び負極集電体32にそれぞれ圧着成形す
ることによって,正極2及び負極3を得る。
【0019】次いで,正極2と負極3との間に後述する
非水電解液5を含浸させたセパレータ4を介設すると共
に,ポリプロピレンを主体とするガスケット6を介して
上記正極ケース25と負極ケース35とを組み合わせ
る。そして,正極ケース25の開口縁部を内側に折り曲
げてかしめることにより,内容物を密封,閉止する。こ
れにより,外径20mm,厚さ2.5mmのコイン型の
リチウム二次電池10を得る。
【0020】なお,上記非水電解液5としては,エチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:
1の割合で混合した非水溶媒に,LiPF6 を1モル/
リットル溶解させたものを用いた。また,上記セパレー
タ4としては,ポリプロピレンの多孔質フィルムを用い
た。
【0021】次に,本例のリチウム二次電池10の充放
電試験結果について説明する。充放電試験の条件として
は,室温において,1mAの定電流による充電と,1m
Aの定電流による放電を繰り返した。また充電上限電圧
は1.5V(図2,A),放電下限電圧は0.4V(図
2,C)とした。
【0022】試験の結果得られた充放電特性を図2に示
す。図2より知られるごとく,本例のリチウム二次電池
10は,1V級の安定した充放電特性を有する。即ち,
図2に示すごとく,1.5V(図1,A)充電後におい
て,放電開始直後には,常に約1.1V(図2,B)の
放電電圧を示し,その後緩やかな安定した放電特性を示
す。そして,0.4V(図2,C)まで放電後,さらに
充放電を繰り返した場合においても,その充放電特性の
安定性が再現された。
【0023】次に,表1に示すように,活物質を変えた
場合についても同様な条件により充放電特性を調査し
た。その結果,いずれの場合も安定した充放電特性が得
られることが確認できた。特にLix y 4 における
xを上記好ましい範囲とした場合に高い放電開始電圧が
得られた。
【0024】
【表1】
【0025】次に本例の作用効果につき説明する。本例
のリチウム二次電池10においては,正極活物質と負極
活物質とは,共に上記Li1 Mn2 4 を用いている。
そのため,電極の製造工程の合理化を図ることができ,
製造コストを低減させることができる。また,正極活物
質と負極活物質とが同一の物質であるため,製造時の開
回路電圧が0Vであり,自然放電もない。それ故,製造
時の取扱い及び使用前の保存が非常に容易である。
【0026】尚,本例においてはLix y 4 におけ
るMとしてMn又はMnとTiを用いたが,上述のごと
く,Lix 2 4 /Li電池(0<x≦2)における
放電特性が,2段以上のプラトーを有するような元素の
組合せを,Mn又はMnとTiの代わりにMとして用い
ることもできる。この場合も,本例と同様の効果を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のリチウム二次電池の断面図。
【図2】実施例のリチウム二次電池にかかる充放電特性
の説明図。
【図3】実施例にかかる,Li1 Mn2 4 /Li電池
の放電曲線。
【符号の説明】
10...リチウム二次電池, 2...正極, 22...正極集電体, 25...正極ケース, 3...負極, 32...負極集電体, 35...負極ケース, 4...セパレータ, 5...非水電解液, 6...ガスケット,

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と,負極と,両者間に介設されるセ
    パレータと,非水電解液とを有するリチウム二次電池に
    おいて,正極活物質と負極活物質とは,共にLix y
    4 (ここに,0<x≦2,1≦y≦3)で表される同
    一の物質であって,上記Mは,充電によりLix 2
    4 /Li(ここに,0<x≦2)の電池状態にしたとき
    複数段放電をする元素であることを特徴とするリチウム
    二次電池。
  2. 【請求項2】 請求項1において,上記Lix y 4
    におけるMは,Mn,Ti,Mg,Bのうちから選択さ
    れる少なくとも一種の元素であることを特徴とするリチ
    ウム二次電池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998057386A1 (fr) * 1997-06-12 1998-12-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Cellule secondaire a electrolyte non aqueux
JP2006286599A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水二次電池用負極

Cited By (3)

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WO1998057386A1 (fr) * 1997-06-12 1998-12-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Cellule secondaire a electrolyte non aqueux
US6436577B1 (en) 1997-06-12 2002-08-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Non-aqueous electrolytic secondary cell
JP2006286599A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水二次電池用負極

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