JPH09134724A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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- JPH09134724A JPH09134724A JP7311698A JP31169895A JPH09134724A JP H09134724 A JPH09134724 A JP H09134724A JP 7311698 A JP7311698 A JP 7311698A JP 31169895 A JP31169895 A JP 31169895A JP H09134724 A JPH09134724 A JP H09134724A
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Abstract
性を持つ大型電池用非水電解質二次電池を低コストで提
供する。 【解決手段】 組成式、AyMPO4 〔Aはアルカリ金
属、Mは遷移金属、0<y<2、但し、MがFeのみを
単独で含む相、AyFePO4 (0<y<2)は除く〕
で表されるリン酸化合物を正極活物質として含み、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、又はアルカリ金属若しく
はアルカリ土類金属イオンを吸蔵、放出可能な物質を負
極活物質とし、前記アルカリ金属のイオンが前記正極活
物質又は前記負極活物質と電気化学反応をするための移
動を行い得る物質を電解質物質とした非水電解質二次電
池。
Description
に詳細には充放電可能な非水電解質二次電池に関し、特
に正極活物質の改良に関わり、電池の充放電容量の増加
を目指すものである。
金や化合物を負極活物質とする非水電解質電池は、負極
金属イオンの正極活物質へのインサーション若しくはイ
ンターカレーション反応によって、その大放電容量と充
電可逆性を両立させている。従来から、リチウムを負極
活物質として用いる二次電池としては、リチウムに対し
インターカレーションホストとなりうるV2 O5 等の層
状若しくはトンネル状酸化物があまた知られているが、
例えばリチウム負極に対し、4V以上の高い可逆的放電
領域を有する正極活物質としては、LiCoO2 、Li
NiO2 、LiMn2 O4 など極く限られた数種類の酸
化物が知られているにすぎず、その多くは中心金属にク
ラーク数の極端に小さなレアメチルを用いている、合成
が難しい、充放電サイクル可逆性や熱安定性が悪いとい
った問題点があった。
問題点を改善するために提案されたもので、その目的
は、放電電圧が高く、充放電特性に優れた電池特性を持
つ大型電池用非水電解質二次電池を低コストで提供する
ことにある。
発明は非水電解質二次電池に関する発明であって、組成
式、AyMPO4 〔Aはアルカリ金属、Mは遷移金属、
0<y<2、但し、MがFeのみを単独で含む相、Ay
FePO4 (0<y<2)は除く〕で表されるリン酸化
合物を正極活物質として含み、アルカリ金属、アルカリ
土類金属、又はアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属
イオンを吸蔵、放出可能な物質を負極活物質とし、前記
アルカリ金属のイオンが前記正極活物質又は前記負極活
物質と電気化学反応をするための移動を行い得る物質を
電解質物質としたことを特徴とする。
る。本発明の正極活物質、AyMPO4 (0<y<2)
は、四面体サイトにリンが位置し、アルカリ金属Aは、
中心金属、Mと共に八面体サイトに位置するオリビン構
造を取る。オリビン化合物は、一般にABCO4 の組成
式を持つ。オリビン構造とLiMn2 O4 に代表される
従来のスピネル構造の違いは酸素イオンが六方密充てん
か立方密充てんかにある。上述のように本発明における
正極活物質は、あえてサイトまで表記すると{P}・
〔AyM〕O4 と示される(ここで{}内は四面体サイ
ト、〔 〕内は八面体サイトを示す)遷移金属リン酸化
合物であるが、このような金属元素Mとしては、例え
ば、Co、Ni、Fe、Mn、Cu、Mg、Zn、C
a、Cd、Sr、Ba等の遷移金属元素を挙げることが
できる。Mが異なると放電電圧が若干変わるが、正極活
物質としての基本的な特性は同等である。AyMPO4
(0<y<2)のオリビン相は、Coや、Niなどのよ
うに二価の酸化状態、M2+が安定な中心金属の場合は、
その遷移金属化合物にリチウム化合物、及び五酸化リン
などのリン酸化合物を混合の上、大気中焼成後、急冷す
ることによって容易に合成することができる。一方、鉄
などのように三価の酸化状態、M3+が安定な中心金属の
場合は、窒素ガス気流中といった還元雰囲気下で焼成
し、三価に酸化されることを防ぎながら反応させる必要
がある。この正極活物質を用いて正極を形成するには、
前記化合物粉末とポリテトラフルオロエチレンのごとき
結着剤粉末との混合物をステンレス等の支持体上に圧着
成形する、あるいはかかる混合物粉末に導電性を付与す
るためアセチレンブラックのような導電性粉末を混合
し、これに更にポリテトラフルオロエチレンのような結
着剤粉末を所要に応じて加え、この混合物を金属容器に
入れる、あるいは前述の混合物をステンレスなどの支持
体に圧着成形する、あるいは前述の混合物を有機溶剤等
の溶媒中に分散してスラリー状にして金属基板上に塗布
する、等の手段によって形成される。負極活物質である
リチウムは、一般のリチウム電池のそれと同様にシート
状にして、またそのシートをニッケル、ステンレス等の
導電体網に圧着して負極として形成される。また、負極
活物質としては、リチウム以外にリチウム合金やリチウ
ム化合物、その他ナトリウム、カリウム、マグネシウム
等従来公知のアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はア
ルカリ金属若しくはアルカリ土類金属イオンを吸蔵、放
出可能な物質、例えば前記金属の合金、炭素材料等が使
用できる。電解液としては、例えばジメトキシエタン、
2−メチルテトラヒドロフラン、エチレンカーボネー
ト、メチルホルメート、ジメチルスルホキシド、プロピ
レンカーボネート、アセトニトリル、ブチロラクトン、
ジメチルホルムアミド、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、スルホラン、エチルメチルカーボネー
ト等に、アルカリ金属イオンを含むルイス酸を溶解した
非水電解質溶媒、あるいは固体電解質等が使用できる。
更にセパレータ、電池ケース等の構造材料等の他の要素
についても従来公知の各種材料が使用でき、特に制限は
ない。
明するが、本発明はこれらによりなんら制限されるもの
ではない。なお、実施例において電池の作成及び測定は
アルゴン雰囲気下のドライボックス内で行った。
の断面図であり、図中1は封口板、2はガスケット、3
は正極ケース、4は負極、5はセパレータ、6は正極合
剤ペレットを示す。正極活物質には、炭酸リチウムと四
三酸化コバルト、及び五酸化リンを次式の反応式(化
1)にのっとって、秤量混合の上、大気中、780℃で
15時間焼成後、急冷して得たLiCoPO4 を用い
た。
2 O5 →6LiCoPO4 +3CO2 +O2
示す。そのX線回折パターンは、まさしく斜方晶系オリ
ビン構造(JCPDS#32−552)であると同定さ
れた。なお、図2において、縦軸はX線回折強度(任意
単位)、横軸は2θ(°)を意味する。この試料をaと
する。この試料aを粉砕して粉末とし、導電剤(アセチ
レンブラック)、結着剤(ポリテトラフルオロエチレ
ン)と共に混合の上、ロール成形し、正極合剤ペレット
6(厚さ0.5mm、直径15mm)とした。次にステ
ンレス製の封口板1上に金属リチウムの負極4を加圧配
置したものをポリプロピレン製ガスケット2の凹部に挿
入し、負極4の上にポリプロピレン製で微孔性のセパレ
ータ5、正極合剤ペレット6をこの順序に配置し、電解
液として、プロピレンカーボネートの単独溶媒にLiP
F6 を溶解させた1規定溶液を適量注入して含浸させた
後に、ステンレス製の正極ケース3を被せてかしめるこ
とにより、厚さ2mm、直径23mmのコイン型リチウ
ム電池を作製した。
ュウ酸鉄二水和物及びリン酸二アンモニウムを次式の反
応式(化2)にのっとって、秤量混合の上、窒素気流
中、780℃で15時間焼成して得たLiCo0.75Fe
0.25PO4 を用いた。
2 O4 2H2 O+4(NH4 )2 HPO4 →4LiCo
0.75Fe0.25PO4 +4CO2 +8H2 O+8NH3
LiCoPO4 やLiFePO4 同様、まさしく斜方晶
系オリビン構造であると同定された。この試料をbとす
る。
ュウ酸鉄二水和物及びリン酸二アンモニウムを次式の反
応式(化3)にのっとって、秤量混合の上、窒素気流
中、780℃で15時間焼成して得たLiCo0.5 Fe
0.5 PO4 を用いた。
C2 O4 2H2 O+6(NH4)2 HPO4 →6LiC
o0.5 Fe0.5 PO4 +9CO2 +13H2O+12N
H3 +2H2
LiCoPO4 やLiFePO4 同様、まさしく斜方晶
系オリビン構造であると同定された。この試料をcとす
る。
ュウ酸鉄二水和物及びリン酸二アンモニウムを次式の反
応式(化4)にのっとって、秤量混合の上、窒素気流
中、780℃で15時間焼成して得たLiCo0.25Fe
0.75PO4 を用いた。
C2 O4 2H2 O+12(NH4 )2 HPO4 →12L
iCo0.25Fe0.75PO4 +24CO2 +28H2 O+
8O2 +24NH3 +8H2 O
示す。そのX線回折パターンは、LiCoPO4 やLi
FePO4 〔JCPDS#40−1499、トリフィラ
イト(Triphylite) 〕同様、まさしく斜方晶系オリビン
構造であると同定された。なお、図3の縦軸と横軸は図
2と同義である。この試料をdとする。正極活物質は、
以上のようにして作成したLiCo0.25Fe0.75PO4
を用いる以外は、実施例1と同様にしてコイン型リチウ
ム電池を作製した。
施例1)、b(実施例2)、c(実施例3)、d(実施
例4)を正極活物質とする電池の、0.25mA/cm
2 の電流密度にて、5.3V終止の初期充電後の1V終
止放電容量を各々表1に示す。
の電流密度での、5.3V終止の初期充電とその後の放
電曲線を図4に示す。すなわち、図4は、本発明の一実
施例であるLiCoPO4 の5.3V初期充電とその後
の初回放電曲線を示す特性図である。図4において縦軸
は電池電圧(V)、横軸は放電時間(hr)を意味す
る。更に本発明のサイクル可逆性を示す一例として試料
a0.25mA/cm2 の電流密度での5.3V〜4.
0V間電圧規制充放電サイクル試験中の充放電曲線を図
5に示す。すなわち図5は本発明の一実施例であるLi
CoPO4 の5.3V〜4.0V間電圧規制試験時の充
放電曲線を示す特性図である。図5において縦軸は電池
電圧(V)、横軸は充放電時間(hr)を意味する。表
1、及び図4より明らかなように、本発明のオリビン型
リン酸化合物正極は、コバルト含有比率が高いもの程、
放電電圧が高くなり、その放電電圧平坦部の電圧は4.
5Vを越え、一方鉄含有比率が高くなると4V領域は減
少するものの代りに3Vの放電電圧平坦部が出現し、そ
の含有比率を変えることで、放電電圧を自由に設計でき
る。また、図5より明らかなようにその高電圧部は良好
なサイクル性を有していることがわかる。
放電電圧可変の実用性の高い非水電解質二次電池を構成
することができ、様々な分野に利用できるという利点を
有する。
を示す断面図である。
回折図形を示す図である。
PO4 のX線回折図形を示す図である。
3V初期充電とその後の初回放電曲線を示す特性図であ
る。
3V〜4.0V間電圧規制試験時の充放電曲線を示す特
性図である。
極、5:セパレータ、6:正極合剤ペレット
Claims (3)
- 【請求項1】 組成式、AyMPO4 〔Aはアルカリ金
属、Mは遷移金属、0<y<2、但し、MがFeのみを
単独で含む相、AyFePO4 (0<y<2)は除く〕
で表されるリン酸化合物を正極活物質として含み、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、又はアルカリ金属若しく
はアルカリ土類金属イオンを吸蔵、放出可能な物質を負
極活物質とし、前記アルカリ金属のイオンが前記正極活
物質又は前記負極活物質と電気化学反応をするための移
動を行い得る物質を電解質物質としたことを特徴とする
非水電解質二次電池。 - 【請求項2】 前記アルカリ金属(A)含有リン酸化合
物、AyMPO4 が、Mとして、Co、Ni、Fe、M
n、Cu、Mg、Zn、Ca、Cd、Sr、Ba等の遷
移金属の中の少なくとも一種類を含んで構成される物質
である〔但し、MがFeのみを単独で含む相、AyFe
PO4 (0<y<2)は除く〕ことを特徴とする非水電
解質二次電池。 - 【請求項3】 前記アルカリ金属(A)含有リン酸化合
物、AyMPO4 が、六方密充てん酸素骨格を持つオリ
ビン構造であることを特徴とする請求項1に記載の非水
電解質二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31169895A JP3523397B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 非水電解質二次電池 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31169895A JP3523397B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 非水電解質二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09134724A true JPH09134724A (ja) | 1997-05-20 |
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ID=18020397
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---|---|---|---|
JP31169895A Expired - Lifetime JP3523397B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 非水電解質二次電池 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3523397B2 (ja) |
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