JPH09251853A - 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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JPH09251853A
JPH09251853A JP8057538A JP5753896A JPH09251853A JP H09251853 A JPH09251853 A JP H09251853A JP 8057538 A JP8057538 A JP 8057538A JP 5753896 A JP5753896 A JP 5753896A JP H09251853 A JPH09251853 A JP H09251853A
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JP
Japan
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carbon material
fluorine
lithium
treatment
negative electrode
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Pending
Application number
JP8057538A
Other languages
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

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、かつリチウムを含有す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】たとえば、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
電時にこれらが揮散して電池のケースが膨張してしまう
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、かつリチウムを含有する炭素材を負極
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、該炭素材にリチウム金属およ
び/又はフッ化リチウム以外のリチウム化合物を添加し
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、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
れらの炭素材料は、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
る物が挙げられる。
【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
素量は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炭素材に固着させ
る処理を施すことを特徴とする。アルカリ抽出フッ素の
固着処理は、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。固着処理により、好ましくは、アルカリ性水溶
液で抽出されるフッ素量が、0.05重量%以下とす
る。
【0012】本発明においては、アルカリ抽出フッ素の
固着処理は、炭素材にリチウム金属および/又はフッ化
リチウム以外のリチウム化合物を添加することにより行
われる。炭素材にリチウム金属の粉末を添加する場合
は、例えば粒状の炭素材とリチウム金属の粉末とを混合
すればよい。または、炭素材にフッ化リチウム以外のリ
チウム化合物を添加する場合は、フッ化リチウム以外の
例えば水酸化リチウム等のリチウム化合物を水又はアル
コール等の低沸点溶媒に分散又は溶解させたものの中に
炭素材ディップするか噴霧することにより行われる。
【0013】添加するリチウム金属および/又はフッ化
リチウム以外のリチウム化合物の量はアルカリ抽出フッ
素量に対して反応当量の1.5倍程度のリチウムであれ
ば良い。添加後は必要ならば、例えば加熱等により溶媒
を除去してもよい。本発明のリチウム二次電池は、上記
のようにフッ化剤で処理した後、アルカリ抽出フッ素の
固着処理を施すことにより、リチウムを含有した炭素材
を負極活物質として用いる。
【0014】正極およ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、LiCoO2 、MnO2 、Ti
2 、FeS2 、Nb3 4 、Mo3 4 、Mo3 Se
4 、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およびこれら
の2種以上の混合溶媒等が用いられる。
【0015】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、正極電解液および
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。
【0016】
【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。
【0017】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。このようにし
てフッ素処理までを行った炭素材に、水酸化リチウム
(LiOH)の飽和水溶液を噴霧してその後乾燥器で水
を除去した。炭素材に対するLiOHの量は炭素材中の
アルカリ抽出フッ素量に対して反応モルの1.5倍とな
るように調整した。乾燥後の炭素材をX線回折で調べた
ところ、LiFの回折線が観察された。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重量%であった。
【0018】この炭素材と、ポリフッ化ビニリデン(P
UDF)およ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。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。
【0019】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。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固着処理を行わ
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、水のみを実施例1のL
iOH飽和水溶液と同量噴霧してその後乾燥器で水を除
去した。得られた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。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80.0mm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。
【0022】
【表1】
【0023】
【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、かつリチウムを含有す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、該炭
    素材にリチウム金属および/又はフッ化リチウム以外の
    リチウム化合物を添加し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。
JP8057538A 1995-10-30 1996-03-14 リチウム二次電池およびその製造方法 Pending JPH09251853A (ja)

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JP8057538A JPH09251853A (ja) 1996-03-14 1996-03-14 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 (2)

* 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

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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

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