JPH09180720A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH09180720A
JPH09180720A JP7341318A JP34131895A JPH09180720A JP H09180720 A JPH09180720 A JP H09180720A JP 7341318 A JP7341318 A JP 7341318A JP 34131895 A JP34131895 A JP 34131895A JP H09180720 A JPH09180720 A JP H09180720A
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JP
Japan
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secondary battery
electrolyte secondary
negative electrode
carbon material
active material
Prior art date
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Pending
Application number
JP7341318A
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English (en)
Inventor
Masanori Endo
正則 遠藤
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高容量を有し、充放電サイクル特性に優れた非
水電解液二次電池を提供する。 【解決手段】リチウム含有酸化物を活物質とする正極4
aと、非水電解液と、炭素材料を活物質とした負極4b
とを備えた非水電解液二次電池において、前記炭素材料
は粒径が10μm以下でかつ比表面積が15m2 /g以
下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解液二次電
池、特にリチウム二次電池に関する。
【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、リチウム二次電池のような小型・軽量
かつ高エネルギー密度を有する二次電池の開発が急がれ
ている。
【0003】従来、リチウム二次電池は、二酸化マンガ
ン、五酸化バナジウム、二硫化チタンなどを活物質とす
る正極と、非水電解液と、リチウム金属とで電池が構成
されていた。しかしながら、一般に負極にリチウム金属
を用いた二次電池においては、充電時に生成するデンド
ライト状リチウムによる内部短絡や、活物質と電解液の
副反応による特性劣化といった問題点を有していた。
又、高充放電特性や過放電特性においても満足できるも
のではなかった。
【0004】このため、Li+ 、Na+ などのカチオン
を取り込んだ炭素材料である黒鉛層間化合物が、負極と
して用いられるようになってきた。これは、インターカ
レーション反応を利用した新しいタイプの電極である。
【0005】一般に、化学的に黒鉛層間にインターカレ
ートされるリチウムの量は、炭素6原子に対してリチウ
ム1原子が挿入された第1ステージの黒鉛層間化合物C
6 Liが上限であると報告されており、その場合、活物
質は372mAh/gの容量を持つことになる。又、充
放電反応はリチウムを用いた場合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期待できる。
【0006】そして、上述のように、炭素材料を負極に
用いるにともなって、正極活物質としては、Liを含む
化合物であるLiCoO2 、LiNiO2 、LiMn2
4 どの複合酸化物が用いられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、黒鉛層
間化合物を負極として用いた場合、始めの数サイクルは
充放電効率が低く、不可逆容量が存在する。そして、不
可逆容量が多く存在すると、正極との容量バランスが崩
れ、やがて電池として作動しなくなるという問題点を有
していた。
【0008】又、黒鉛層間へのLi挿入時の抵抗が比較
的大きいために、高電流では十分な容量が得られないと
いう問題を有していた。
【0009】そこで、本発明の目的は、高容量を有し、
充放電サイクル特性に優れた非水電解液二次電池を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の非水電解液二次電池は、リチウム含有酸化
物を活物質とする正極と、非水電解液と、炭素材料を活
物質とした負極とを備えた非水電解液二次電池におい
て、前記炭素材料は粒径が10μm以下でかつ比表面積
が15m2 /g以下であることを特徴とする。
【0011】又、前記リチウム含有酸化物は、LiCo
2 、LiNiO2 及びLiMn24 のうち少なくと
も1種であることを特徴とする。
【0012】さらに、前記炭素材料は、天然黒鉛、コー
クス、メソカーボンマイクロビーズ及び合成樹脂炭のう
ち少なくとも1種であることを特徴とする。
【0013】なお、ここでいう粒径の値は、光回折散乱
法によるものである。
【0014】一般に、粉体の粒径を小さくすれば、比表
面積は大きくなる。粒径が小さく比表面積が大きくなれ
ば、反応界面も増大するため高電流でも十分な容量が得
られる。ところが、比表面積が大きくなると不可逆容量
の原因の1つである、表面不働態皮膜の生成量も多くな
るので不可逆容量も多くなる。
【0015】本発明は、負極活物質として用いる炭素材
料の粒径と比表面積とを上記範囲に限定することによ
り、不可逆容量を小さくし、高電流での容量を大きくし
たものである。そして、この炭素材料を活物質とする負
極と、リチウム含有酸化物を活物質とする正極とを組み
合わせることによって、高容量を有し、かつサイクル特
性にも優れた電池を得ることを可能とした。
【0016】なお、炭素材料としては、天然黒鉛、コー
クス、メソカーボンマイクロビーズ、合成樹脂炭などを
用いることができる。
【0017】又、正極活物質としては、リチウムイオン
を含む化合物であるLiCoO2 、LiNiO2 、Li
Mn2 4 などや、これら化合物のCo又はMnの一部
を他の元素、例えばCo、Mn、Fe、Niなどで置換
した複合酸化物を用いることができる。これら複合酸化
物は、例えばリチウムやコバルトの炭酸塩又は酸化物を
原料として、目的組成に応じてこれらを混合して650
〜1200℃で焼成することによって得ることができ
る。
【0018】さらに、電解液やセパレーターは、特に限
定されるものではなく、従来より公知のものを適宜用い
ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の非水電解液二次電
池の実施の形態について、実施例をもとに説明する。
【0020】(実施例1)図1は、本発明の一実施例に
より得られる円柱型電池の部分断面図である。同図にお
いて、1は耐非水電解液性のステンレス鋼板を加工した
電池ケース、2は封口板、3は絶縁パッキングを示す。
4は極板群であり、正極4a及び負極4bがセパレータ
ー4cを介して複数回渦巻状に巻回されてケース1内に
収納されている。そして、上記正極4aからは正極リー
ド5が引き出され封口板2に接続され、負極4bからは
負極リード6が引き出されて電池ケース1の底部に接続
されている。7は絶縁リングで極板群4の上下部にそれ
ぞれ設けられている。
【0021】次に、本発明の非水電解液二次電池の製造
方法を説明する。まず、正極を作製した、即ち、Li2
CO3 とCoCO3 とを混合し、950℃で10時間焼
成して合成したLiCoO2 の粉末100重量部に、ア
セチレンブラック7重量部、フッ素樹脂系バインダ8重
量部を混合し、N−メチルピロリドンに懸濁させてペー
スト状にした。その後、このペーストを厚さ0.03m
mのAl箔の両面に塗着し、乾燥後圧延して、厚さ0.
18mm、幅40mm,長さ260mmの正極4aとし
た。
【0022】次に負極を作製した。即ち、まず天然黒鉛
の1種であるセイロン産の鱗状黒鉛を粒径7μmにハン
マーミルで粉砕し、比表面積13m2 /gの黒鉛を得
た。なお、粒径は光散乱法による測定結果である。次
に、黒鉛100重量部に、フッ素樹脂系バインダ8重量
部を混合し、N−メチルピロリドンに懸濁させてペース
ト状にした。そして、このペーストを厚さ0.02mm
の銅箔の両面に塗着し、乾燥後圧延して、厚さ0.18
mm、幅40mm、長さ280mmの負極4bとした。
【0023】その後、正極4aに正極リード5を、負極
4bに負極リード6をそれぞれ取り付け、厚さ0.02
5mm、幅46mm、長さ700mmのポリプロピレン
製のセパレーター4cを介して渦巻状に巻回し、直径1
3.8mm、高さ50mmの電池ケース1内に収納し
た。ケース1内に注入する電解液としては、エチレンカ
ーボネートとジメチルカーボネートの等容積混合溶媒
に、6フッ化燐酸リチウムを1モル/リットルの割合で
溶解したものを用いた。
【0024】その後、この非水電解液二次電池につい
て、充放電電流500mA、充電終止電圧4.1V、放
電終止電圧3.0Vの条件下で定電流充放電試験を行な
った。又、同一構成の別の電池について、同様の充放電
電流試験を9サイクル行なった後、10サイクル目に充
放電電流を3倍の1500mAとした定電流充放電試験
を行なった。
【0025】(実施例2)負極が次のように異なる他
は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製
し、定電流充放電試験を行なった。
【0026】即ち、まず天然黒鉛の1種である朝鮮産の
鱗状黒鉛を粒径5μmにハンマーミルで粉砕し、比表面
積15m2 /gの黒鉛を得た。なお、粒径は光散乱法に
よる測定結果である。次に、黒鉛100重量部に、フッ
素樹脂系バインダ8重量部を混合し、N−メチルピロリ
ドンに懸濁させてペースト状にした。そして、このペー
ストを厚さ0.02mmの銅箔の両面に塗着し、乾燥後
圧延して、厚さ0.18mm、幅40mm、長さ280
mmの負極とした。
【0027】(実施例3)負極が次のように異なる他
は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製
し、定電流充放電試験を行なった。
【0028】即ち、まず天然黒鉛の1種であるセイロン
産の鱗状黒鉛を粒径10μmにハンマーミルで粉砕し、
比表面積10m2 /gの黒鉛を得た。なお、粒径は光散
乱法による測定結果である。次に、黒鉛100重量部
に、フッ素樹脂系バインダ8重量部を混合し、N−メチ
ルピロリドンに懸濁させてペースト状にした。そして、
このペーストを厚さ0.02mmの銅箔の両面に塗着
し、乾燥後圧延して、厚さ0.18mm、幅40mm、
長さ280mmの負極とした。
【0029】(比較例1)負極が次のように異なる他
は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製
し、定電流充放電試験を行なった。
【0030】即ち、まず天然黒鉛の1種であるセイロン
産の鱗状黒鉛を粒径3μmにボールミルで粉砕し、比表
面積25m2 /gの黒鉛を得た。なお、粒径は光散乱法
による測定結果である。次に、黒鉛100重量部に、フ
ッ素樹脂系バインダ8重量部を混合し、N−メチルピロ
リドンに懸濁させてペースト状にした。そして、このペ
ーストを厚さ0.02mmの銅箔の両面に塗着し、乾燥
後圧延して、厚さ0.18mm、幅40mm、長さ28
0mmの負極とした。
【0031】(比較例2)負極が次のように異なる他
は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製
し、定電流充放電試験を行なった。
【0032】即ち、まず天然黒鉛の1種であるセイロン
産の鱗状黒鉛を粒径15μmにボールミルで粉砕し、比
表面積8m2 /gの黒鉛を得た。なお、粒径は光散乱法
による測定結果である。次に、黒鉛100重量部に、フ
ッ素樹脂系バインダ8重量部を混合し、N−メチルピロ
リドンに懸濁させてペースト状にした。そして、このペ
ーストを厚さ0.02mmの銅箔の両面に塗着し、乾燥
後圧延して、厚さ0.18mm、幅40mm、長さ28
0mmの負極とした。
【0033】以上、実施例1、2、3及び比較例1、2
の初期容量及び定電流充放電試験の結果を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】表1の結果より明らかなように、粒径が1
0μm以下でかつ比表面積が15m2 /g以下の炭素材
料を負極の活物質とした実施例1〜3は、初期容量が大
きく、充放電サイクル特性に優れ、大電流による容量変
化も少ない。
【0036】これに対して、比表面積が15m2 /gを
超える炭素材料を用いた場合には、比較例1に示すよう
に、充放電サイクルによる容量の低下が大きく好ましく
ない。又、粒径が10μmを超える炭素材料を用いた場
合には、比較例2に示すように、大電流による容量の低
下が大きく好ましくない。
【0037】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
非水電解質二次電池は、粒径10μm以下でかつ比表面
積15m2 /g以下の炭素材料を負極の活物質として用
いているため、高容量を有し、充放電サイクル特性に優
れたものが得られる。
【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電池の部分断
面図である。
【符号の説明】
1 電池ケース 4a 正極 4b 負極 4c セパレータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム含有酸化物を活物質とする正極
    と、非水電解液と、炭素材料を活物質とした負極とを備
    えた非水電解液二次電池において、前記炭素材料は粒径
    が10μm以下でかつ比表面積が15m2 /g以下であ
    ることを特徴とする非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 前記リチウム含有酸化物は、LiCoO
    2 、LiNiO2 及びLiMn2 4 のうち少なくとも
    1種であることを特徴とする請求項1記載の非水電解液
    二次電池。
  3. 【請求項3】 前記炭素材料は、天然黒鉛、コークス、
    メソカーボンマイクロビーズ及び合成樹脂炭のうち少な
    くとも1種であることを特徴とする請求項1又は請求項
    2記載の非水電解液二次電池。
JP7341318A 1995-12-27 1995-12-27 非水電解液二次電池 Pending JPH09180720A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998054779A1 (fr) * 1997-05-30 1998-12-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Batterie secondaire electrolytique non aqueuse
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WO2000002280A1 (fr) * 1998-07-06 2000-01-13 Tdk Corporation Electrode pour pile a electrolyte non aqueux

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