JPH0896794A - リチウム2次電池 - Google Patents

リチウム2次電池

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JPH0896794A
JPH0896794A JP6225059A JP22505994A JPH0896794A JP H0896794 A JPH0896794 A JP H0896794A JP 6225059 A JP6225059 A JP 6225059A JP 22505994 A JP22505994 A JP 22505994A JP H0896794 A JPH0896794 A JP H0896794A
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JP
Japan
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diffraction
planes
secondary battery
lithium secondary
plane
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JP6225059A
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English (en)
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Kazuto Momiyama
数人 籾山
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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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

Abstract

(57)【要約】 【目的】高いエネルギー密度を有し、充放電サイクル寿
命特性に優れた、リチウム2次電池を提供する。 【構成】結晶のX線回折チャートより得られるa軸方向
の結晶子の大きさLa(110)、およびc軸方向の結晶子の
大きさLc(002)、Lc(004)の関係が、La(110)/L
c(002)≧2.0であり、かつ、1.2≧Lc(002)/L
c(004)≧0.83、但し、La(110)=Kλ/βa(110)
osθa(110)、Lc(002)=Kλ/βc(002)cosθ
c(002)、Lc(004)=Kλ/βc(004)cosθ
c(004){K:定数、λ:入射X線の波長、θa(110)
(110)面の回折角度、θc(002):(002)面の回
折角度、θc(004):(004)面の回折角度、
βa(110):(110)面の回折強度の半値幅、
βc(002):(002)面の回折強度の半値幅、
βc(004):(004)面の回折強度の半値幅}である炭
素材料を負極とするリチウム2次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、小型電子機器の駆動用
電源として有用なリチウム2次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、民生用電子機器のポータブル化、
コードレス化が急速に進んでおり、これら電子機器の駆
動用電源として、小型、軽量で高電圧、高エネルギー密
度を有する2次電池の開発が要望されている。そして、
このような要求性能を満たすべく、種々のリチウム2次
電池が提案されている。
【0003】従来、これらリチウム2次電池は、金属酸
化物や金属カルコゲン化合物を活物質とする正極、リチ
ウム金属単体または他のアルカリ金属を少量含むリチウ
ム金属からなる負極および非水系有機電解液とで構成さ
れていた。しかしながら、一般に負極にリチウム金属を
用いた2次電池においては、充電時に生成するデンドラ
イト状リチウムによって内部短絡が生じやすいという問
題点を有していた。さらに、リチウム金属は化学的に不
安定で発火しやすいため、負極にリチウム金属あるいは
リチウム合金を用いた電池系の安全性を確保することが
非常に困難であった。
【0004】これらの欠点を解決するため、層状構造を
有し、その層間にLi+ 等のカチオンを取り込む(イン
ターカレート)性質を有する結晶性黒鉛等の炭素材料を
負極活物質として用いる試みがおこなわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、結晶性
黒鉛のような炭素材料は、層状構造が発達しているの
で、インターカレートされるリチウム量は多く、充放電
反応も金属リチウムとほぼ同電位で進行するため、高容
量・高電圧の負極材料として種々検討されている。しか
しながら、現在のところ、これら炭素材料を負極とした
リチウム2次電池は、エネルギー密度、充放電サイクル
寿命特性ともに十分でなく、さらに改良したリチウム2
次電池の実用化が望まれている。
【0006】そこで、本発明の目的は、高いエネルギー
密度を有し、充放電サイクル寿命特性に優れた、リチウ
ム2次電池を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のリチウム2次電池は、結晶のX線回折チャ
ートより得られるa軸方向の結晶子の大きさLa(110)
およびc軸方向の結晶子の大きさLc(002)、Lc(004)
関係が、La(110)/Lc(002)≧2.0であり、かつ、
1.2≧Lc(002)/Lc(004)≧0.83、但し、 La(110)=Kλ/βa(110)cosθa(110)c(002)=Kλ/βc(002)cosθc(002)c(004)=Kλ/βc(004)cosθc(004) K 定数 λ 入射X線の波長 θa(110) (110)面の回折角度 θc(002) (002)面の回折角度 θc(004) (004)面の回折角度 βa(110) (110)面の回折強度の半値幅 βc(002) (002)面の回折強度の半値幅 βc(004) (004)面の回折強度の半値幅 である炭素材料を負極とする。
【0008】ところで、結晶格子に歪のない結晶におい
ては、結晶子の大きさは算出のもとになる同軸方向の回
折面に依存しないため、例えばLc(002)=Lc(004)と一
定になるが、結晶格子に歪があるとLc(002)≠Lc(004)
となる。したがって、結晶の歪の程度がLc(002)/L
c(004)で得られる。
【0009】なお、正極活物質あるいは電解液としては
従来より用いられているものを適宜用いる。例えば、正
極活物質としてはLiCoO2 、LiNiO2 、LiM
nO2 等の金属酸化物、またはTiS2 、MoS3 、F
eS等の層構造を有する金属カルコゲン化合物を用いる
ことができる。また、電解液としては、プロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクタ
ム、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、ジメチル
スルオキシド、アセトニトリル、ジエチレングリコール
−ジメチルエーテル等の非プロトン性溶媒を単独もしく
は2種以上を混合して用い、支持塩としてはLiClO
4 、LiPF6 、LiAsF6 、LiBF4 、LiCl
4 等を用いることができる。
【0010】また、セパレータとしては、通常使用され
ている多孔質ポリプロピレン製膜を初めとする不織布等
を用いる。これら電池構成要素と集電体、ガスケット、
封口板、ケース等を組み合わせることにより、円筒型、
角型、コイン型等の形態のリチウム2次電池を作製する
ことができる。
【0011】
【作用】本発明のリチウム2次電池においては、a軸方
向の結晶子の大きさがc軸方向の結晶子の大きさと比較
して大きく、かつ、結晶歪の少ない炭素材料を負極とす
る。これによって、リチウム2次電池のエネルギー密度
および充放電の効率が向上する。
【0012】これは、炭素材料のc軸と垂直な層平面の
なかでリチウムイオンが安定にインターカレートされる
内部場所が多く確保されるためと考えられる。
【0013】
【実施例】以下、本発明のリチウム2次電池について、
その実施例を説明する。図1は、本発明の一実施例によ
り得られるコイン型電池の断面図である。同図におい
て、1は負極、2は正極、3はポリプロピレン製のセパ
レータ、4はアルミニウム板からなる集電体、5はステ
ンレス鋼板を加工した正極缶、6は同じくステンレス鋼
板を加工した封口板、7は絶縁ガスケットである。
【0014】次に、本発明のリチウム2次電池の製造方
法を説明する。まず、出発原料としてカーボンブラック
を用いて熱処理を行なって、負極の活物質として用いる
炭素材料を作製した。この場合、処理条件として、酸素
濃度10〜5000ppm、昇温速度1〜10℃/分、
熱処理温度500〜1000℃、熱処理温度での保持温
度10〜90分、降温速度1〜10℃/分の範囲内で熱
処理条件を振り、結晶子のLa(110)/Lc(002)およびL
c(002)/Lc(004)が異なる表1に示す8種類の炭素材料
を得た。なお、同図において*印を付したものは本発明
の範囲外のものであり、その他のものは本発明の範囲内
のものである。
【0015】具体的に、Lc(002)/Lc(004)の制御は、
酸素濃度、昇温速度、熱処理時間、熱処理温度によっ
て、熱処理時のc軸方向の粒成長をコントロールして行
なった。また、Lc(002)/Lc(004)の制御は、熱処理後
の降温速度によって、熱処理中に生じた格子歪を外部へ
逃がす程度をコントロールして行なった。
【0016】次に、このカーボン材料にフッ素樹脂系バ
インダを10wt%添加しペレット状に加圧成形して負
極1とした。
【0017】さらに、正極を作製した。即ち、Li2
3 とCoCO3 を混合し、1000℃で20時間焼成
して合成したLiCoO2 粉末に、導電剤であるカーボ
ン粉末とフッ素樹脂系バインダを等重量比で混合した導
電性バインダを10wt%添加し、ペレット状に加圧成
形して正極2とした。
【0018】その後、図1に示すように、上記負極1と
上記正極2をポリプロピレン製のセパレータ3を介し、
一対のアルミニウム板からなる集電体4で挟んで正極缶
5内に収容した。そして、セパレータ3にポリプロピレ
ンカーボネート液にLiClO4 を1モル/リットルの
割合で溶解させた電解液を含浸させた。その後、周囲を
絶縁ガスケット7で正極缶5と絶縁した状態に封口板6
で封口し、リチウム2次電池を作製した。
【0019】以上、得られたリチウム2次電池につい
て、初期容量を電流密度0.5mA/cm2 で3.5V
から2.0Vまでの放電容量として確認するとともに、
同じく充放電電流密度0.5mA/cm2 、充電終止電
圧3.5V、放電終止電圧2.0Vの条件下で定電流充
放電試験を行なった。表1に、負極活物質として用いた
炭素材料の種類ごとに、初期容量および充放電試験10
サイクル目の容量を初期容量に対する比率で示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1に示す通り、本発明の、結晶子のL
a(110)/Lc(002)が2.0以上であり、かつ、Lc(002)
/Lc(004)が1.2〜0.83の範囲内にある炭素材料
を負極活物質として用いたもの(試料番号3、5、6、
7)の初期容量は220〜260Ah/kgであり、充
放電試験後の容量は初期の87〜92%である。
【0022】これに対して、結晶子のLa(110)/L
c(002)が2.0未満の場合は、試料番号2に示すよう
に、初期容量は180Ah/kgであり、充放電試験後
の容量は初期の72%である。また、La(110)/L
c(002)が1.2を超える場合または0.83未満の場合
は、試料番号4または試料番号8に示すように、初期容
量は185〜190Ah/kg、充放電試験後の容量は
初期の62〜72%である。
【0023】即ち、本発明の、La(110)/Lc(002)
2.0および1.2≧Lc(002)/Lc(004)≧0.83の
関係を満足する結晶子からなる炭素材料を負極活物質と
して用いたものは、エネルギー密度が高く、充放電サイ
クル寿命特性に優れた、リチウム2次電池が得られるこ
とを示している。
【0024】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、結晶子の
a(110)/Lc(002)が2.0以上であり、Lc(002)/L
c(004)が1.2〜0.83の範囲内にある炭素材料を負
極活物質として用いることにより、高いエネルギー密度
を有し、充放電サイクル寿命特性に優れた、リチウム2
次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例により得られるコイン型電池
の断面図である。
【符号の説明】
1 負極 2 正極 3 セパレータ 4 集電体 5 正極缶 6 封口板 7 絶縁ガスケット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶のX線回折チャートより得られるa
    軸方向の結晶子の大きさLa(110)、およびc軸方向の結
    晶子の大きさLc(002)、Lc(004)の関係が、La(110)
    c(002)≧2.0であり、かつ、1.2≧Lc(002)/L
    c(004)≧0.83、但し、 La(110)=Kλ/βa(110)cosθa(110)c(002)=Kλ/βc(002)cosθc(002)c(004)=Kλ/βc(004)cosθc(004) K 定数 λ 入射X線の波長 θa(110) (110)面の回折角度 θc(002) (002)面の回折角度 θc(004) (004)面の回折角度 βa(110) (110)面の回折強度の半値幅 βc(002) (002)面の回折強度の半値幅 βc(004) (004)面の回折強度の半値幅 である炭素材料を負極とするリチウム2次電池。
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