JPH09245793A - リチウム二次電池およびその製造方法 - Google Patents

リチウム二次電池およびその製造方法

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JPH09245793A
JPH09245793A JP8054850A JP5485096A JPH09245793A JP H09245793 A JPH09245793 A JP H09245793A JP 8054850 A JP8054850 A JP 8054850A JP 5485096 A JP5485096 A JP 5485096A JP H09245793 A JPH09245793 A JP H09245793A
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JP
Japan
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carbon material
fluorine
negative electrode
usually
fluoride
Prior art date
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JP8054850A
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English (en)
Inventor
Kenji Watanabe
賢治 渡辺
Kazuo Niwa
一夫 丹羽
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.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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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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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池寿命の向上したリチウム二次電池を得
る。 【解決手段】 フッ素化剤で処理された炭素材であっ
て、アルカリ性水溶液で抽出されるフッ素量が0.05
重量%以下である炭素材を負極活物質として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の急速な電子技術の発展に伴い、電
子機器の小型化・軽量化は顕著であり、これらの電源と
なる電池への期待も大きい。すなわち、小型化・軽量化
という高エネルギー密度化と、より優れた貯蔵性とを備
えた電池への期待は大きい。これらの期待に応える最も
有望な電池系の一つとして、リチウムを負極とするリチ
ウム電池の開発が活発に行われており、リチウム二次電
池は、その優秀な特性が認められ、VTRカメラ、携帯
電話・パソコンなどのポータブル電源として急速に市場
に浸透している。充放電サイクル寿命が得られないとい
う難点を有している。そこで、各種の炭素材料にリチウ
ムイオンをインターカレーションさせた、炭素−リチウ
ム層間化合物を負極とすることが提案され、それに適し
た種々の炭素材が検討されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】例えば、天然黒鉛等の
黒鉛、各種の樹脂もしくはピッチ類を焼成した炭素材料
等を負極材とすることが提案されているが、電気自動車
や家庭夜間電力貯蔵などのいわゆる分散型電力貯蔵シス
テムに利用する大型の電池に適用しうるようにするため
には、一層の電池性能の向上が要望されている。
【0004】性能向上のための効果的な方法として、特
開平7−312218号公報に示されているように炭素
負極材の表面をフッ素を含有したガスで処理する方法が
ある。しかしながら、この方法で処理された炭素負極材
にはフッ素が少量残存していて電池を作成したあとの充
電時にこれらが揮発して電池のケースが膨脹してしまう
という問題をしばしば起こす。この現象が起こると電解
液の液面が下がってしまうため、電気容量の低下を招く
ばかりでなく、安全上も大きな問題を招くため、この問
題の解決が要望されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
フッ素化剤で処理された炭素負極材に残存するフッ素を
除去すべく種々検討を行った結果、本発明に到達した。
即ち、本発明の第1の要旨は、フッ素化剤で処理された
炭素材であって、アルカリ性水溶液で抽出されるフッ素
量が0.05重量%以下である炭素材を負極活物質とし
て用いたことを特徴とするリチウム二次電池、に存す
る。また、本発明の第2の要旨は、炭素材をフッ素化剤
で処理した後、加熱雰囲気下で水蒸気含有ガスと接触さ
せたものを負極活物質として用いることを特徴とするリ
チウム二次電池の製造方法、に存する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明における炭素材としては、各種ピッチ類を
原料とするコークス、フェノール樹脂等を焼成した樹脂
系炭材、天然もしくは人造黒鉛等が挙げられるが、好適
にはコークスが用いられる。コークスとしては、通常、
FCC(流動接触分解)残渣油、EHE油(エチレン製
造時の副生油)、常圧残渣油、減圧残渣油等の石油系重
質油やコールタール、コールタールピッチ等の石炭系炭
素材料を、400〜500℃程度の温度で焼成したもの
が挙げられる。
【0007】炭素材としては、通常、粒状のものが用い
られる。粒径は、電池の電極として用いるのに極端に大
きくない限りは特に制限されない。本発明において、こ
れらの炭素材は、通常、粒状のまま、場合によっては負
極材として成型した後に、フッ素化剤で処理する。フッ
素化剤としては、フッ素ガス等のフッ素原子を放出する
物が用いられる。
【0008】フッ素化剤での処理温度は、−100℃〜
90℃、望ましくは0〜30℃のC−Fの共有結合を実
質的に形成しない温度域が選ばれる。また、フッ素化剤
での処理時間は炭素材に均一にフッ素等が供給されれば
短時間の処理でよく、時間が長くなってもそれ相応の効
果は期待できないため、通常は1分〜2日間の処理時間
であり、好ましくは30分以下である。フッ素ガスのフ
ッ素分圧は、加圧〜減圧まで特に制限はないが、好まし
くは1mmHg〜100mmHgで処理するのが良い。
【0009】また、フッ素ガス等は単独で用いても、窒
素、アルゴン等の不活性ガス、または酸素等を混合して
も用いる事が出来る。特に好ましくは酸素ガスを混合し
て用いる。このようにして得られるフッ素化処理炭素材
は次のような特性を有する。即ち、FT−IR測定によ
りC−F結合に起因する1,000−1,200カイザ
ーにおける明白なピークを有しない。勿論、C−F結合
を部分的に生成してもよいが、1%以下であることが必
要である。
【0010】また、アルカリ性水溶液で抽出されるフッ
素量が、フッ素処理条件によっても異なるが、通常、
0.1重量%程度である。ここでいうアルカリ性水溶液
で抽出されるフッ素(以下、アルカリ抽出フッ素とい
う)量は、例えば、濃度0.1〜1規定程度の水酸化ナ
トリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性
水溶液にサンプルを加えて充分に抽出を行ったあと、フ
ィルターで濾過した濾液中のフッ素イオン濃度をイオン
クロマトグラフィーで測定する方法により求めることが
できる。
【0011】本発明の製造方法においては、フッ素化処
理炭素材に対しアルカリ抽出フッ素の除去処理を施すこ
とにより、アルカリ抽出フッ素量を0.05重量%以下
とすることを特徴とする。アルカリ抽出フッ素の除去処
理は、上記フッ素化処理炭素材に対して行うのであれば
よく、負極材に成形する前に行っても後に行ってもよ
い。
【0012】本発明においては、アルカリ抽出フッ素の
除去処理は、加熱雰囲気下、フッ素化処理炭素材を水蒸
気含有ガスと接触させることにより行う。水蒸気含有ガ
スとしては、飽和水蒸気として、通常1〜60容量%、
好ましくは10〜40容量%の水蒸気を含む空気及び/
又は窒素、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。水蒸
気含有ガスの流量は、通常50〜1,000ml/分、
好ましくは200〜800ml/分である。処理時の温
度は、通常150〜350℃、好ましくは200〜30
0℃である。処理時間は、通常数分〜数十時間、好まし
くは1〜10時間である。処理装置は水蒸気含有ガスと
炭素材との接触が良好に行うことができるものであれば
特に限定されないが、好ましくはフッ素処理に用いた装
置を用いてフッ素処理に引き続いて行う。
【0013】本発明のリチウム二次電池は、上記のよう
にアルカリ抽出フッ素量を0.05重量%以下に除去し
た炭素材を負極活物質として用いる。正極及び非水溶媒
中に電解質を溶解させてなる電解液については、従来、
非水系二次電池用に用いられているものでよく、特に限
定されない。具体的には、正極としては、LiCo
2 、MnO2 、TiS2 、FeS2 、Nb3 4 、M
3 4 、Mo3 Se4 、CoS2 、V2 5 、P2
5 、CrO3 、V3 8 、TeO2 、GeO2 等が用い
られる。電解質としては、LiCoO4 、LiBF4
LiPF6 等が用いられる。電解質を溶解する非水溶媒
としては、プロピレンカーボネート、テトラヒドロフラ
ン、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルスルホキシ
ド、ジオキソラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルア
セトアミド及びこれらの2種以上の混合溶媒等が用いら
れる。
【0014】セパレータとしては、電池の内部抵抗を小
さくするために多孔体が好適であり、例えばポリプロピ
レン等の不織布、ガラスフィルター等の耐有機溶媒性材
料のものが好適に用いられる。負極、正極電解液及びセ
パレータは、例えばポリプロピレン製の電池ケースに組
み込む等の一般的な方法により二次電池を構成しうる。
電池構造としては、帯状の正極、負極をセパレータを介
して渦巻き状にしたスパイラル構造、又はボタン型ケー
スにペレット状の正極、円盤状の負極をセパレータを介
して挿入する方法などが採用されるが、大型電池に適用
する場合には、いわゆる角型構造の電池構成とし、単電
池を積層するのが一般的である。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を越えない限り、下記実施例
によって限定される物ではない。 (実施例1)コールタールをコークドラムで450〜5
00℃で24時間コーキングして得た、揮発分5.8%
の生コークスをジェットミルにて微粉砕して、平均粒径
8.8μm、最大粒径35μm以下の生コークス微粉を
得た。この生コークス微粉を黒鉛製のトレイに入れ、箱
型の電気炉中で窒素雰囲気下、昇温速度約10℃/分で
1200℃迄昇温し、2時間保持して炭素材を得た。
【0016】該コークスを10リットルの反応器に入れ
て、容器内を真空に保った後、フッ素含有ガス(F2
20mmHg、O2 660mmHg)を導入し、室温
下、大気圧で30分間フッ素化処理した。フッ素化処理
後、該反応器から残ガスを排出した後、温度を200℃
に上げ、飽和水蒸気25容量%を含んだ空気600ml
/分を導入しながら2時間処理した。
【0017】得られた炭素材のアルカリ抽出フッ素量
を、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を用いて測定した
ところ、0.02重量%であり、フッ素除去処理を行わ
ない炭素材の0.1重量%に比べて低くなっていた。こ
の炭素材と、ポリフッ化ビニリデン(PUDF)及びジ
メチルホルムアミド(DMF)を混合してペースト状に
し、金属板の上に塗布して乾燥、プレスして負極を作成
した。
【0018】一方、正極はLiCoO2 とアセチレンブ
ラック、PVDF、DMFを混合してペースト状にし、
金属板の上に塗布して乾燥、プレスして正極を作成し
た。正極と負極とはポリオレフィン系のセパレータによ
り絶縁した。電解液はLiPF6 をプロピレンカーボネ
ート(PC)とジエチルカーボネートの混合溶媒に溶解
したものを使用した。
【0019】これらを巾70mmのポリプロピレン製電
池ケースの中にセットして密封し、リチウム二次電池を
作成した。この電池を30Aの定電流で充放電を繰り返
したところ、10サイクルの充放電終了後も電池ケース
の膨らみは、見られなかった。結果を表−1に示す。
【0020】(比較例−1)実施例−1と同様にしてフ
ッ素処理までを行った炭素材をフッ素除去処理を行わ
ず、そのまま負極用の炭素材として用いたこと以外は、
実施例−1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
この電池を実施例−1と同様にして充放電を繰り返した
ところ、7サイクル目で最初の電池ケースの巾70mm
が81.5mmまで膨れた。その結果、電解液の液面も
大きく低下した。結果を表−1に示す。
【0021】(比較例−2)実施例−1と同様にしてフ
ッ素処理までを行った炭素材に、水蒸気を含有しない空
気600ml/分を導入しながら200℃で2時間処理
した。得られた炭素材のアルカリ抽出フッ素量を測定し
たところ0.09重量%であり、処理前の0.1重量%
とほとんど変わらなかった。この炭素材を負極用の炭素
材として用いたこと以外は、実施例−1と同様にしてリ
チウム二次電池を作成した。
【0022】この電池を実施例−1と同様にして充放電
を繰り返したところ、7サイクル目で最初の電池ケース
の巾70mmが81.0mmまで膨れた。その結果、電
解液の液面も大きく低下した。結果を表−1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、電池寿命の向上したリ
チウム二次電池を得ることが出来るため工業上非常に有
用である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フッ素化剤で処理された炭素材であっ
    て、アルカリ性水溶液で抽出されるフッ素量が0.05
    重量%以下である炭素材を負極活物質として用いたこと
    を特徴とするリチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 炭素材をフッ素化剤で処理した後、加熱
    雰囲気下で水蒸気含有ガスと接触させたものを負極活物
    質として用いることを特徴とする請求項1に記載のリチ
    ウム二次電池の製造方法。
JP8054850A 1995-10-30 1996-03-12 リチウム二次電池およびその製造方法 Pending JPH09245793A (ja)

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JP8054850A JPH09245793A (ja) 1996-03-12 1996-03-12 リチウム二次電池およびその製造方法
US08/739,295 US5871864A (en) 1995-10-30 1996-10-29 Lithium secondary cells and methods for preparing active materials for negative electrodes
US09/124,186 US6106977A (en) 1995-10-30 1998-07-28 Lithium secondary cells and methods for preparing active materials for negative electrodes

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10284079A (ja) * 1997-02-06 1998-10-23 Japan Storage Battery Co Ltd ホスト物質の製造方法及び非水電解質二次電池
JP2000200604A (ja) * 1999-01-07 2000-07-18 Samsung Yokohama Kenkyusho:Kk リチウムイオン二次電池用の炭素材料及びリチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用の炭素材料の製造方法
KR100851372B1 (ko) * 2006-11-24 2008-08-08 지에스칼텍스 주식회사 전극용 활성탄 및 이를 이용한 전기이중층 커패시터
US10707476B2 (en) 2017-09-21 2020-07-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of producing a negative electrode sheet

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