JPH09190822A - リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池

Info

Publication number
JPH09190822A
JPH09190822A JP8018184A JP1818496A JPH09190822A JP H09190822 A JPH09190822 A JP H09190822A JP 8018184 A JP8018184 A JP 8018184A JP 1818496 A JP1818496 A JP 1818496A JP H09190822 A JPH09190822 A JP H09190822A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
lithium
secondary battery
lithium secondary
electrode body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8018184A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuo Katagiri
伸夫 片桐
Tomohiro Inoue
智博 井上
Shoichi Akiyama
省一 秋山
Toshiyuki Osawa
利幸 大澤
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP8018184A priority Critical patent/JPH09190822A/ja
Publication of JPH09190822A publication Critical patent/JPH09190822A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウム複合酸化物を用いた正極と、充放電
でリチウムを吸蔵・放出する負極と、リチウム塩を含む
非水電解質を用いるリチウム二次電池において、炭素体
負極の不可逆容量を少なくし初回充放電の効率を高め、
正極中のリチウムの利用率を高めることにより、容量が
大きく、さらにガス発生のない特性の優れたリチウム二
次電池の提供。 【解決手段】 負極活物質が、負極活物質としての炭素
質材料を還元剤で処理したものであることを特徴とする
リチウム二次電池用負極体及び該負極体を用いたリチウ
ム二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、リチウム二次電池用負極体およ
び該負極体を用いたリチウム二次電池に関する。
【0002】
【従来技術】従来、リチウム二次電池の負極活物質とし
ては、リチウム−アルミニウム等のリチウム合金が使用
されてきた。これは、リチウム金属単体を二次電池の負
極活物質として用いた場合、充放電サイクルの繰り返し
に伴いデンドライト状の電析リチウムが負極上に生成し
易いため、合金化することによりこれを抑制し、内部短
絡や、微粉化した負極活物質の負極からの離脱を防止し
優れたサイクル特性を得るためである。しかし、リチウ
ム合金は硬質で加工性に劣り、また長期間のうちに結晶
型が変化してしまうなどの欠点を有し、サイクル特性も
十分とは言えない。また、金属リチウムの高い反応性に
より安全性の面でも不利である。このため、近年、デン
ドライト状のリチウムが電析する恐れが通常の使用では
全くない炭素材料が、リチウム合金に変わる材料として
使用されている。これを負極に用いたリチウム二次電池
においては、LiCoO2等の正極材料に含まれるリチ
ウムを炭素材料に吸蔵させて炭素材料を負極化するため
に、使用前に初期充電を行う必要がある。例えば特開平
5−114421号では、LiCoO2を正極に、炭素
材料を負極に用いたリチウム電池において、炭素材料に
ハロゲン化リチウムをリチウム供給源としてリチウムが
予め挿入されている。これにより、正極の利用率を高め
ることが提案されている。しかし、一般的に炭素材料の
第一回目の充放電効率は低いことが知られており、放出
されるリチウムの量は充電量に比べて数十%小さい。こ
のリチウムが放出されない容量(不可逆容量)のため、
この種の電池の正極材料の利用率は低く、容量の高い電
池が得られ難いという問題がある。この負極材料の初回
充放電の不可逆容量の原因の詳細についてはまだ明確で
はないが、炭素材料内部に吸蔵されたリチウムの一部が
炭素材料中に捕捉されたままになってしまう、炭素材料
中のカルボニル基、水酸基等の官能基とリチウムが反応
し電気化学的な操作ではリチウムイオンとして再びとり
出すことができない状態になる、あるいは、電解液の分
解反応などが不可逆容量の原因になっていると考えられ
ており、例えば特開平5−258743号では、リチウ
ムを吸蔵放出する炭素材料を負極に用いたリチウム電池
において、炭素材料を予めエチルアルコール、アセト
ン、酢酸あるいは濃硫酸等を用いて化学的に処理するこ
とにより、官能基を除去することが提案されている。ま
た、前記の反応に付随して初回の充放電時には炭素体か
らガスの発生が起こり、電池の内圧を高め電池の漏液が
起こるという不具合が生じる。さらに近年、液漏れの心
配のない固体電解質を用いた電池が脚光を浴びている
が、この種の電池で上記のようなガス発生が起きると、
電極と電解質との間に剥離が生じ、電池性能に著しい劣
化をもたらすという欠点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】炭素材料における初期
充放電特性を検討した結果、このような初期の充放電効
率が低いという現象は、特に粒径の小さい炭素材料にお
いて顕著であるということがわかった。この原因の詳細
は不明であるが、小粒径になると体積当たりの表面積が
増大することによって、炭素材料の表面に存在する官能
基の量が増加するためであると考えられる。一方、高性
能の負電極を得るには、リチウムイオンがスムーズに出
し入れできるように、できる限り小粒径の粒子を用いる
ことが好ましいと考えられる。従って、高性能で実用的
な負電極を得るには小粒径の炭素粒子の初期効率を改善
する必要がある。そこで、本発明では、リチウム複合酸
化物を用いた正極と、充放電でリチウムを吸蔵・放出す
る負極と、リチウム塩を含む非水電解質を用いるリチウ
ム二次電池において、炭素体負極の不可逆容量を少なく
し初回充放電の効率を高め、正極中のリチウムの利用率
を高めることにより、容量が大きく、さらにガス発生の
ない特性の優れたリチウム二次電池を得ることを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、リチウム
複合酸化物を用いた正極と、充放電でリチウムを吸蔵・
放出する負極と、リチウム塩を含む非水電解質を用いる
二次電池において、負極活物質としての炭素質材料を還
元剤で処理したものは、炭素体負極の不可逆容量を少な
くし初回充放電の効率を高め、正極中のリチウムの利用
率を高めることができることを見い出し、該負極を用い
ることにより、容量が大きく、さらにガス発生のない特
性の優れたリチウム二次電池を得ることができた。本発
明において負極体としての炭素質材料は、黒鉛、コーク
ス、グラッシーカーボン等のリチウム二次用負極体とし
て通常使用される炭素質材料を用いることができる。前
記炭素質材料としては、粒径が5μmを越えると表面積
が下がり還元処理の効果が下がるので、5μm以下のも
のが好ましく、また(002)面間隔d002が3.40
Åを越えると結晶性が下がり効果が薄れるので3.40
Å以下のものが好ましい。さらに該炭素質材料のC軸方
向結晶子の大きさLcの粒径が1000Åを越えると還
元処理に寄与する部分が減少するので、1000Å以下
のものが好ましい。本発明において前記炭素質材料の還
元剤による処理は、例えば該炭素質材料を有機溶媒中の
有機リチウム化合物を用いて行うことができる。前記有
機リチウム化合物としては、例えばブチルリチウム、プ
ロピリルリチウム等が挙げられるが、還元力の理由から
特にブチルリチウムが好ましい。また、前記有機溶媒と
しては、ヘキサン、ペンタン等が挙げられるが、還元剤
の溶解性の理由から特にヘキサンが好ましい。正極とし
て用いるリチウム複合酸化物としては、例えばLiCo
2、LiNiO2、LiMn24等が挙げられるが、サ
イクル安定性の理由からLiCoO2が好ましい。電解
質としては、リチウム塩を含む非水電解質が用いられ、
該非水電解質としては、例えばプロピレンカーボネート
(PC)にLiPF6を溶かして調整した非水電解液を
セパレータに注入したもの、あるいは固体電解質、例え
ばLiIをセパレーターとして用いたものであっても良
い。
【0005】黒鉛、コークス、グラッシーカーボン等の
炭素材料をヘキサンを溶媒とした1mol/リットル〜
5mol/リットル濃度のブチルリチウム中に浸漬し、
常温で80〜100時間放置する。ブチルリチウムの濃
度が5mol/リットル以上であると、ブチルリチウム
の強力な還元力により反応が激しく、炭素中に吸蔵させ
るリチウムの量を制御することが困難であり、1mol
/リットル以下である場合には、リチウムの吸蔵速度が
小さすぎて非常に長時間の処理時間を必要とする。処理
時間および処理温度については、処理温度を高くすると
処理が短時間ですむが、やはり反応が激しくリチウムの
吸蔵量を制御することが困難であるので、処理温度は1
5〜30℃、好ましくは常温である。常温においては、
前記のように通常80〜100時間程度の処理時間が好
ましい。80時間未満では反応が不十分であり、100
時間を越えると副反応が起る。なお、炭素材料を浸漬し
たブチルリチウムのヘキサン溶液を撹拌することによ
り、処理時間をいくぶん短時間化することができる。ま
た、前記ブチルリチウム処理の炭素体を電極に加工する
場合、粉砕や分級、電極合剤作製時に溶媒として水を使
用する工程がある場合には、その過程で上記のブチルリ
チウム処理の効果が消失してしまう場合が多い。そこ
で、電極加工工程の後で、前記炭素体のブチルリチウム
溶液で処理することもできる。
【0006】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明
する。
【0007】実施例1 正極材料としてLiCoO2を用い、導電剤として導電
性炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(P
VDF)を、重量比で90:5:5の比率で混合して正
極合剤を得た。この合剤を集電体としてのステンレスメ
ッシュに圧延し、120℃で2時間真空乾燥して正極を
作製した。また、粒子径d002=3.37Å、Lc=8
00Åの炭素粉末1gを、ヘキサンを溶媒として1.6
mol/リットルのn−ブチルリチウム溶液20mlに
浸漬しアルゴンガス雰囲気下で80時間放置し、炭素材
料を処理した。このようにして処理された炭素材料に、
結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を重量
比95:5の比率で混合して負極合剤を得た。この合剤
を集電体としてのステンレスメッシュに圧延し、120
℃で2時間真空乾燥して負極を作製した。以上の正極、
負極および電解質として、LiPF6をエチレンカーボ
ネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)を体
積比で1:1で混合した溶媒に1mol/リットル溶か
した溶液を用いてボルトナット型電池セルを作製した。
なお、微多孔質ポリプロピレンをセパレータに用いた。
この電池セルの構成を図1に示す。
【0008】実施例2 粒子径d002=3.45Å、Lc=2000Åの黒鉛粉
末1gを用いる以外は実施例1と同様にして電池を作製
した。
【0009】実施例3 ヘキサンを溶媒とした0.5mol/リットル濃度のブ
チルリチウム溶液を用いて処理する以外は実施例1と同
様にして電池を作製した。
【0010】実施例4 ヘキサンを溶媒とした6mol/リットル濃度のブチル
リチウム溶液を用いて処理する以外は実施例1と同様に
して電池を作製した。
【0011】実施例5 炭素材料の処理時間を60時間とすること以外は実施例
1と同様にして電池を作製した。
【0012】実施例6 炭素材料の処理時間を200時間とすること以外は実施
例1と同様にして電池を作製した。
【0013】実施例7 黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PV
DF)を重量比95:5の比率で混合して負極合剤を得
て、この合剤を集電体としてのステンレスメッシュに圧
延して電極を得る。その後、この電極をヘキサンを溶媒
とした1.6mol/リットルのn−ブチルリチウム溶
液に浸漬しアルゴンガス雰囲気下で80時間放置し処理
した。その後、この電極を120℃で2時間真空乾燥し
て負極を作製した。この負極を用いる以外は実施例1と
同様にして電池セルを作製した。
【0014】実施例8 電解質として、実施例1記載の電解液86重量部に単官
能性モノマーとしてエチルジエチレングリコールアクリ
レート13.8重量部、多官能性モノマーとしてトリメ
チルプロパンアクリレート0.2重量部、光開始剤とし
てベンゾインイソプロピルエーテル0.056重量部を
添加して混合溶解し、これに紫外光を照射し固体化した
ものを用いる以外は、実施例1と同様に電池を作製し電
池を評価した。
【0015】実施例9 電解質として、実施例1記載の電解液86重量部に単官
能性モノマーとしてエチルジエチレングリコールアクリ
レート13.8重量部、多官能性モノマーとしてトリメ
チルプロパンアクリレート0.2重量部、光開始剤とし
てベンゾインイソプロピルエーテル0.056重量部を
添加して混合溶解し、これに紫外光を照射し固体化した
ものを用いる以外は、実施例7と同様に電池を作製し電
池を評価した。
【0016】比較例1 炭素材料をブチルリチウム溶液で処理しないこと以外は
実施例1と同様にして電池を作製した。
【0017】比較例2 炭素材料をブチルリチウム溶液で処理しないこと以外は
実施例9と同様にして電池を作製した。
【0018】前記実施例1〜9および比較例1〜2で作
製した電池を4.2V〜3.0Vまでの間で充放電を行
い、電池特性を評価した結果を下表1に示す。
【表1】
【0019】
【効果】
1.請求項1に対応する作用効果 炭素体負極の不可逆容量を少なくし初回充放電の効率を
高めることができる。 2.請求項2に対応する作用効果 炭素体に導入するリチウムの量を比較的容易に制御する
ことができる。 3.請求項3に対応する作用効果 炭素体にリチウムを必要量導入し、かつ過剰に導入され
ることを防ぐことができる。 4.請求項4に対応する作用効果 初回充放電効率を更に高めることができる。 5.請求項5に対応する作用効果 電池特性に優れる炭素体負極を得ることができる。 6.請求項6に対応する作用効果 電池特性に優れる炭素体負極を得ることができる。 7.請求項7に対応する作用効果 電池特性に優れる炭素体負極を得ることができる。 8.請求項8に対応する作用効果 漏液の心配がなく安全性の高く、しかも高エネルギーの
電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の電池セルの構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 正極端子 4 負極端子 5 セパレータ 6 フッ素樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 利幸 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極活物質が、負極活物質としての炭素
    質材料を還元剤で処理したものであることを特徴とする
    リチウム二次電池用負極体。
  2. 【請求項2】 還元剤としてヘキサンを溶媒とした1m
    ol/リットル〜5mol/リットル濃度のブチルリチ
    ウム溶液を用いたことを特徴とする請求項1記載のリチ
    ウム二次電池用負極体。
  3. 【請求項3】 還元剤の処理時間が80〜100時間の
    ものである請求項2記載のリチウム二次電池用負極体。
  4. 【請求項4】 炭素質材料が、電極形状に加工したもの
    である請求項1、2または3記載のリチウム二次電池用
    負極体。
  5. 【請求項5】 炭素質材料が、粒径が5μm以下の粒子
    状のものである請求項1、2、3または4記載のリチウ
    ム二次電池用負極体。
  6. 【請求項6】 炭素質材料が、(002)面間隔d002
    が3.40Å以下のものである請求項1、2、3、4ま
    たは5記載のリチウム二次電池用負極体。
  7. 【請求項7】 炭素質材料が、C軸方向結晶子の大きさ
    Lcの粒径が1000Å以下のものである請求項1、
    2、3、4、5または6記載のリチウム二次電池用負極
    体。
  8. 【請求項8】 リチウム複合酸化物を用いた正極、請求
    項1、2、3、4、5、6または7記載のリチウム二次
    電池用負極体を負極およびリチウム塩を含む固体電解質
    を備えたものであることを特徴とするリチウム二次電
    池。
JP8018184A 1996-01-08 1996-01-08 リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池 Pending JPH09190822A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8018184A JPH09190822A (ja) 1996-01-08 1996-01-08 リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8018184A JPH09190822A (ja) 1996-01-08 1996-01-08 リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09190822A true JPH09190822A (ja) 1997-07-22

Family

ID=11964532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8018184A Pending JPH09190822A (ja) 1996-01-08 1996-01-08 リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09190822A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998054778A1 (fr) * 1997-05-27 1998-12-03 Tdk Corporation Accumulateur electrolytique non aqueux

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998054778A1 (fr) * 1997-05-27 1998-12-03 Tdk Corporation Accumulateur electrolytique non aqueux

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3978881B2 (ja) 非水電解液およびそれを用いたリチウム二次電池
JP3249305B2 (ja) 非水電解液電池
JP2000195516A (ja) リチウム二次電池
JPH0945373A (ja) リチウム二次電池
JP3258841B2 (ja) リチウム二次電池
JP3349399B2 (ja) リチウム二次電池
JPH10199510A (ja) リチウム電池用負極及びリチウム電池
JPH07122297A (ja) 非水電解液電池
JP3121588B2 (ja) リチウム二次電池又はリチウムイオン二次電池及びその製造方法
JPH08306386A (ja) 非水電解液二次電池
JP3625629B2 (ja) ニッケル酸化物正極材料の製造方法、及びその方法により製造したニッケル酸化物を用いる電池
JP4056123B2 (ja) リチウムイオン電池
JP2924329B2 (ja) 非水電解液二次電池
JPH08329946A (ja) 非水電解液二次電池の製造法
JPH09190822A (ja) リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池
JPH06290781A (ja) リチウム二次電池
JP3625630B2 (ja) コバルト酸化物正極材料の製造方法、及びその方法により製造したコバルト酸化物正極材料を用いる電池
JP3567843B2 (ja) 非水電解質二次電池用負極材料
JP2004039509A (ja) リチウム二次電池用炭素材料およびそれを負極に用いたリチウム二次電池
JP2001006740A (ja) ポリマー電解質を備えたリチウム二次電池およびその製造方法
JP3717783B2 (ja) リチウム二次電池
JPH06111820A (ja) 非水系電池
JPH09199129A (ja) リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池
JP4803867B2 (ja) リチウム電池正極用マンガン酸リチウムの製造方法
JPH08162155A (ja) 非水電解液電池