JPH087884A - 非水電解質二次電池用負極 - Google Patents
非水電解質二次電池用負極Info
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- JPH087884A JPH087884A JP6139076A JP13907694A JPH087884A JP H087884 A JPH087884 A JP H087884A JP 6139076 A JP6139076 A JP 6139076A JP 13907694 A JP13907694 A JP 13907694A JP H087884 A JPH087884 A JP H087884A
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- lithium
- negative electrode
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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
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 発火等の危険のない、充放電特性の優れた非
水電解質二次電池を得ることのできる負極を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 リチウムを吸蔵・放出することのできる第１
金属３８上に、リチウムを吸蔵・放出することができる
と共に第１金属３８よりもリチウムの析出が速い第２金
属４０を積層し、第２金属４０のみを電解液に接触させ
て構成する。
水電解質二次電池を得ることのできる負極を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 リチウムを吸蔵・放出することのできる第１
金属３８上に、リチウムを吸蔵・放出することができる
と共に第１金属３８よりもリチウムの析出が速い第２金
属４０を積層し、第２金属４０のみを電解液に接触させ
て構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非水電解質二次電池用負
極に関する。リチウムを活物質とし、リチウム又はリチ
ウム化合物を負極とする非水電解質二次電池は、高電圧
・高エネルギー密度が期待されるため、多くの研究がな
されており、安全性の高い負極の開発が要望されてい
る。
極に関する。リチウムを活物質とし、リチウム又はリチ
ウム化合物を負極とする非水電解質二次電池は、高電圧
・高エネルギー密度が期待されるため、多くの研究がな
されており、安全性の高い負極の開発が要望されてい
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の非水電解質二次電池用負極として
は、金属リチウム、リチウム−アルミニウム等のリチウ
ム合金が知られている。しかし、金属リチウムを負極活
物質に用いた場合、充電時に負極上でリチウムの析出が
樹枝状に起こり、この樹枝状の析出が原因で電池内部で
正極と負極とが短絡を起こして電池発火の原因となると
いう問題がある。
は、金属リチウム、リチウム−アルミニウム等のリチウ
ム合金が知られている。しかし、金属リチウムを負極活
物質に用いた場合、充電時に負極上でリチウムの析出が
樹枝状に起こり、この樹枝状の析出が原因で電池内部で
正極と負極とが短絡を起こして電池発火の原因となると
いう問題がある。
【０００３】電池のエネルギー密度を考慮した場合、金
属リチウムを負極に用いた系が最も有利と考えられる
が、上述したような電池発火を起こす可能性があるた
め、最近では金属リチウムの代わりにリチウム−アルミ
ニウム合金を負極に用いた電池が研究されている。
属リチウムを負極に用いた系が最も有利と考えられる
が、上述したような電池発火を起こす可能性があるた
め、最近では金属リチウムの代わりにリチウム−アルミ
ニウム合金を負極に用いた電池が研究されている。
【０００４】リチウム−アルミニウム合金を負極に用い
ると、充電時の析出リチウムが合金内に取り込まれ樹枝
状析出の抑制が期待される。
ると、充電時の析出リチウムが合金内に取り込まれ樹枝
状析出の抑制が期待される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、リチウム−ア
ルミニウム合金を負極として用いた非水電解質二次電池
では、十分な充放電特性を得ることができなかった。
ルミニウム合金を負極として用いた非水電解質二次電池
では、十分な充放電特性を得ることができなかった。
【０００６】これは、負極表面でのリチウム析出が負極
内部でのリチウムの拡散に比べ遅いため、充電時に電流
が増加した際に負極表面でのリチウム析出反応が負極全
体の反応速度を律速して、電流増加に見合ったリチウム
を負極内に吸蔵することができないこと、及び充放電サ
イクルの進行に伴い負極自体の強度が劣化するために、
負極が微粉状となってその一部の脱落が起こり、負極の
容量が低下するためと考えられる。
内部でのリチウムの拡散に比べ遅いため、充電時に電流
が増加した際に負極表面でのリチウム析出反応が負極全
体の反応速度を律速して、電流増加に見合ったリチウム
を負極内に吸蔵することができないこと、及び充放電サ
イクルの進行に伴い負極自体の強度が劣化するために、
負極が微粉状となってその一部の脱落が起こり、負極の
容量が低下するためと考えられる。
【０００７】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは充放電特性の優れた
非水電解質二次電池を得ることのできる負極を提供する
ことである。
のであり、その目的とするところは充放電特性の優れた
非水電解質二次電池を得ることのできる負極を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、リチウムを吸蔵・放出することので
きる第１金属上に、リチウムを吸蔵・放出することがで
きると共に該第１金属よりもリチウムの析出が速い第２
金属を積層し、前記第２金属のみを電解液に接触させた
ことを特徴とする非水電解質二次電池用負極を提供す
る。
を解決するために、リチウムを吸蔵・放出することので
きる第１金属上に、リチウムを吸蔵・放出することがで
きると共に該第１金属よりもリチウムの析出が速い第２
金属を積層し、前記第２金属のみを電解液に接触させた
ことを特徴とする非水電解質二次電池用負極を提供す
る。
【０００９】好ましくは、第１金属としては、金属内で
のリチウムの拡散速度が速く、リチウムを多量に取り込
むことのできるアルミニウムが適しており、また第２金
属としては金属表面でのリチウムの析出がアルミニウム
より速い錫、鉛、インジウム、ビスマス等が適してい
る。
のリチウムの拡散速度が速く、リチウムを多量に取り込
むことのできるアルミニウムが適しており、また第２金
属としては金属表面でのリチウムの析出がアルミニウム
より速い錫、鉛、インジウム、ビスマス等が適してい
る。
【００１０】
【作用】本発明は、第１金属上に第２金属を積層し、第
２金属のみを電解液に接触させたため、負極全体の反応
速度を律速するリチウムの析出をより析出の速い第２金
属上で行わせ、第１金属を析出リチウムの吸蔵にのみ用
いることができる。
２金属のみを電解液に接触させたため、負極全体の反応
速度を律速するリチウムの析出をより析出の速い第２金
属上で行わせ、第１金属を析出リチウムの吸蔵にのみ用
いることができる。
【００１１】また、リチウムの吸蔵・放出に伴う体積変
化による材料強度の劣化が著しい電解液面に接触してい
る第２金属に対し、充放電時に第１金属は第２金属より
小さな体積変化を行うため、第１金属で第２金属の脱落
を防止して、充放電特性の優れた非水電解質二次電池を
得ることが可能になる。
化による材料強度の劣化が著しい電解液面に接触してい
る第２金属に対し、充放電時に第１金属は第２金属より
小さな体積変化を行うため、第１金属で第２金属の脱落
を防止して、充放電特性の優れた非水電解質二次電池を
得ることが可能になる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例の非水電解質二次電
池用負極について図面を参照して説明する。本実施例
は、リチウムを吸蔵・放出できる第１金属としてアルミ
ニウムを用い、第１金属上に積層されたリチウムを吸蔵
・放出できる第２金属として錫を用いたものである。
池用負極について図面を参照して説明する。本実施例
は、リチウムを吸蔵・放出できる第１金属としてアルミ
ニウムを用い、第１金属上に積層されたリチウムを吸蔵
・放出できる第２金属として錫を用いたものである。
【００１３】負極の片面、即ち第２金属だけが電解液と
接触する場合について説明する。第１金属として使用し
たアルミニウムは第２金属として使用した錫よりもリチ
ウムの拡散速度の速い金属であり、また、第２金属とし
て使用した錫はアルミニウムよりもリチウムの析出反応
が速い金属である。
接触する場合について説明する。第１金属として使用し
たアルミニウムは第２金属として使用した錫よりもリチ
ウムの拡散速度の速い金属であり、また、第２金属とし
て使用した錫はアルミニウムよりもリチウムの析出反応
が速い金属である。
【００１４】アルミニウム上への錫の積層はスパッタリ
ングを用い、負極厚さは全体で１μｍであり、アルミニ
ウムが０．９μｍ、錫が０．１μｍであった。本実施例
は図１に示すような三極式セルを用いて、負極の充放電
特性を評価したものである。
ングを用い、負極厚さは全体で１μｍであり、アルミニ
ウムが０．９μｍ、錫が０．１μｍであった。本実施例
は図１に示すような三極式セルを用いて、負極の充放電
特性を評価したものである。
【００１５】図１において、三極式セル２の秤量ビン４
中には１ｍｏｌ／ｌの過塩素酸リチウムを溶解したプロ
ピレンカーボネートを用いた電解液６が満たされてお
り、秤量ビン４の上部はシリコーンゴムから成るゴム栓
１８により閉鎖されている。ゴム栓１８には三本のガラ
ス管２０，２２，２４が挿入されている。
中には１ｍｏｌ／ｌの過塩素酸リチウムを溶解したプロ
ピレンカーボネートを用いた電解液６が満たされてお
り、秤量ビン４の上部はシリコーンゴムから成るゴム栓
１８により閉鎖されている。ゴム栓１８には三本のガラ
ス管２０，２２，２４が挿入されている。
【００１６】２６は作用極であり、リード線２７により
定電流電源３４及びレコーダー３６に接続されている。
作用極２６は図２に示すように０．９μｍ厚のアルミニ
ウム３８の片面に錫４０を０．１μｍスパッタリングに
より積層したものであり、アルミニウム３８の他面は電
解液との接触を防止するため合成樹脂フィルム４２によ
り被覆されている。よって、錫４０のみが電解液と接触
する。
定電流電源３４及びレコーダー３６に接続されている。
作用極２６は図２に示すように０．９μｍ厚のアルミニ
ウム３８の片面に錫４０を０．１μｍスパッタリングに
より積層したものであり、アルミニウム３８の他面は電
解液との接触を防止するため合成樹脂フィルム４２によ
り被覆されている。よって、錫４０のみが電解液と接触
する。
【００１７】２８はリチウム製の対極であり、リード線
２９により定電流電源３４に接続されている。３０はリ
チウムから成る参照極であり、リード線３１によりレコ
ーダー３６に接続されている。参照極３０を収容したガ
ラス管２２の先端部はルギン管３２と一体的に接続され
ている。
２９により定電流電源３４に接続されている。３０はリ
チウムから成る参照極であり、リード線３１によりレコ
ーダー３６に接続されている。参照極３０を収容したガ
ラス管２２の先端部はルギン管３２と一体的に接続され
ている。
【００１８】作用極２６、即ち負極の充放電特性の評価
は、定電流電源３４を使用して電流密度１ｍＡ／ｃｍ2
で１００秒間の充放電サイクルを規定した回数行った
後、電流密度を変化させた１サイクルあたりの充放電効
率を比較して行った。
は、定電流電源３４を使用して電流密度１ｍＡ／ｃｍ2
で１００秒間の充放電サイクルを規定した回数行った
後、電流密度を変化させた１サイクルあたりの充放電効
率を比較して行った。
【００１９】図３に電流密度１ｍＡ／ｃｍ2 で３サイク
ルの充放電を行った後の作用極（負極）における電流密
度と充放電効率の関係を、図４に電流密度１ｍＡ／ｃｍ
2 で２００サイクルの充放電を行った後の負極における
電流密度と充放電効率の関係を示す。また比較例とし
て、アルミニウム単体及び錫単体を作用極に使用した場
合について示す。
ルの充放電を行った後の作用極（負極）における電流密
度と充放電効率の関係を、図４に電流密度１ｍＡ／ｃｍ
2 で２００サイクルの充放電を行った後の負極における
電流密度と充放電効率の関係を示す。また比較例とし
て、アルミニウム単体及び錫単体を作用極に使用した場
合について示す。
【００２０】図３から明らかなように、充放電サイクル
が浅い時のアルミニウム上に錫を積層した負極は、比較
例であるアルミニウムから成る負極よりも低電流密度で
の充放電効率が高く、錫から成る負極よりも低電流密度
及び高電流密度での充放電効率が高いという優れた性質
を示している。
が浅い時のアルミニウム上に錫を積層した負極は、比較
例であるアルミニウムから成る負極よりも低電流密度で
の充放電効率が高く、錫から成る負極よりも低電流密度
及び高電流密度での充放電効率が高いという優れた性質
を示している。
【００２１】また、図４から明らかなように、充放電サ
イクルが進行したときのアルミニウム上に錫を積層した
負極は、比較例のアルミニウム製負極及び錫製負極より
も低電流密度から高電流密度に渡り優れた充放電効率を
示している。
イクルが進行したときのアルミニウム上に錫を積層した
負極は、比較例のアルミニウム製負極及び錫製負極より
も低電流密度から高電流密度に渡り優れた充放電効率を
示している。
【００２２】以上の説明から明らかなように、リチウム
の拡散速度の速いアルミニウム上にリチウムの析出速度
の早い錫を積層することにより、アルミニウムよりも充
放電効率が優れ、尚且つ充放電サイクル寿命に優れた非
水電解質二次電池用負極が得られることを確認した。
の拡散速度の速いアルミニウム上にリチウムの析出速度
の早い錫を積層することにより、アルミニウムよりも充
放電効率が優れ、尚且つ充放電サイクル寿命に優れた非
水電解質二次電池用負極が得られることを確認した。
【００２３】本実施例は、リチウムの析出は析出反応の
速い錫４０上で行わせ、アルミニウム３８は析出リチウ
ムの吸蔵にのみ作用させるようにしたものである。ま
た、リチウムの吸蔵・放出に伴う体積変化に起因する材
料強度の劣化が著しい電解液面と接触する錫４０に対
し、アルミニウム３８は錫４０より小さな体積変化を行
うことで、錫４０の脱落を有効に防止することができ
る。
速い錫４０上で行わせ、アルミニウム３８は析出リチウ
ムの吸蔵にのみ作用させるようにしたものである。ま
た、リチウムの吸蔵・放出に伴う体積変化に起因する材
料強度の劣化が著しい電解液面と接触する錫４０に対
し、アルミニウム３８は錫４０より小さな体積変化を行
うことで、錫４０の脱落を有効に防止することができ
る。
【００２４】本実施例は、第１金属にアルミニウム、積
層される第２金属として錫の組み合わせを用いた片面使
用の非水電解質二次電池用負極について説明したが、第
２金属に鉛、インジウム、ビスマスのいずれを用いた場
合においても、また負極の両面使用の場合においても、
ほぼ同様の効果が得られることを確認した。
層される第２金属として錫の組み合わせを用いた片面使
用の非水電解質二次電池用負極について説明したが、第
２金属に鉛、インジウム、ビスマスのいずれを用いた場
合においても、また負極の両面使用の場合においても、
ほぼ同様の効果が得られることを確認した。
【００２５】図５を参照すると、本発明の負極を使用し
たスパイラル型リチウム二次電池の一部断面図が示され
ている。正極４４と負極４６はセパレータ４８を間に挟
んでスパイラル状に巻回されている。５０は絶縁板、５
２は正極リード、５４は負極リード、５６はガスケット
である。
たスパイラル型リチウム二次電池の一部断面図が示され
ている。正極４４と負極４６はセパレータ４８を間に挟
んでスパイラル状に巻回されている。５０は絶縁板、５
２は正極リード、５４は負極リード、５６はガスケット
である。
【００２６】負極４６は図６に示すように、アルミニウ
ム３８’の両面に錫４０’を蒸着等により積層したもの
であり、アルミニウム３８’の厚さは５０〜６０μｍ、
錫４０’の厚さは０．５μｍ以下が望ましい。
ム３８’の両面に錫４０’を蒸着等により積層したもの
であり、アルミニウム３８’の厚さは５０〜６０μｍ、
錫４０’の厚さは０．５μｍ以下が望ましい。
【００２７】図７は本発明の負極を採用した、コイン型
リチウム二次電池の断面図を示しており、ケース５８内
に正極６０と負極６２がセパレータ６４を間に挟んで収
容されており、負極６２側は周辺部にガスケット６８を
介在させて封止板６６により封止されている。
リチウム二次電池の断面図を示しており、ケース５８内
に正極６０と負極６２がセパレータ６４を間に挟んで収
容されており、負極６２側は周辺部にガスケット６８を
介在させて封止板６６により封止されている。
【００２８】コイン型リチウム二次電池の負極６２には
図２に示したようなアルミニウム３８の片面に錫４０を
積層したものが使用される。この場合、樹脂製フィルム
４２は削除される。アルミニウム３８の厚さは５０〜６
０μｍ、錫４０の厚さは０．５μｍ以下が望ましい。
図２に示したようなアルミニウム３８の片面に錫４０を
積層したものが使用される。この場合、樹脂製フィルム
４２は削除される。アルミニウム３８の厚さは５０〜６
０μｍ、錫４０の厚さは０．５μｍ以下が望ましい。
【００２９】
【発明の効果】本発明の非水電解質二次電池用負極は以
上詳述したように構成したので、電池発火等の危険のな
い充放電特性の優れた非水電解質二次電池を提供できる
という効果を奏する。
上詳述したように構成したので、電池発火等の危険のな
い充放電特性の優れた非水電解質二次電池を提供できる
という効果を奏する。
【図１】負極の特性評価用の三極式セルの概略図であ
る。
る。
【図２】作用極（負極）の拡大断面図である。
【図３】３サイクル後の作用極における電流密度と充放
電効率の関係を示す図である。
電効率の関係を示す図である。
【図４】２００サイクル後の作用極における電流密度と
充放電効率の関係を示す図である。
充放電効率の関係を示す図である。
【図５】本発明の負極を使用したスパイラル型リチウム
二次電池の一部断面図である。
二次電池の一部断面図である。
【図６】図５に示した電池の負極の拡大断面図である。
【図７】本発明の負極を使用したコイン型リチウム二次
電池の断面図である。
電池の断面図である。
２６ 作用極 ２８ 対極 ３０ 参照極 ３２ ルギン管 ３４ 定電流電源 ３６ レコーダー ３８ アルミニウム ４０ 錫 ４２ 樹脂製フィルム ４４，６０ 正極 ４６，６２ 負極 ４８，６４ セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 正己 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 宮下 勉 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 リチウムを吸蔵・放出することのできる
第１金属上に、リチウムを吸蔵・放出することができる
と共に該第１金属よりもリチウムの析出が速い第２金属
を積層し、 前記第２金属のみを電解液に接触させたことを特徴とす
る非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項２】 前記第１金属は前記第２金属よりもリチ
ウムの拡散速度の速い金属であることを特徴とする請求
項１記載の非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項３】 前記第１金属の表裏両面に前記第２金属
を積層したことを特徴とする請求項１記載の非水電解質
二次電池用負極。 - 【請求項４】 前記第１金属はアルミニウムであり、前
記第２金属は錫、鉛、インジウム及びビスマスからなる
群から選択されることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の非水電解質二次電池用負極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6139076A JPH087884A (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 非水電解質二次電池用負極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6139076A JPH087884A (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 非水電解質二次電池用負極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH087884A true JPH087884A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15236934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6139076A Withdrawn JPH087884A (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 非水電解質二次電池用負極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087884A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100756804B1 (ko) * | 2001-06-20 | 2007-09-07 | 산요덴키가부시키가이샤 | 리튬 ２차 전지용 전극의 제조 방법 |
-
1994
- 1994-06-21 JP JP6139076A patent/JPH087884A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100756804B1 (ko) * | 2001-06-20 | 2007-09-07 | 산요덴키가부시키가이샤 | 리튬 ２차 전지용 전극의 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |