JPH09259868A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
- Publication number
- JPH09259868A JPH09259868A JP8071636A JP7163696A JPH09259868A JP H09259868 A JPH09259868 A JP H09259868A JP 8071636 A JP8071636 A JP 8071636A JP 7163696 A JP7163696 A JP 7163696A JP H09259868 A JPH09259868 A JP H09259868A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- alkali metal
- negative electrode
- alloy
- secondary battery
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- Pending
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-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】負極の充放電サイクルの進行にともなう容量劣
化の軽減および電極厚形化にともなう活物質利用率減少
の軽減が可能となるようにすること。 【解決手段】非水電解液二次電池において、アルカリ金
属との間で合金を形成しない金属集電体に、アルカリ金
属を吸蔵・放出可能な材料と、アルカリ金属との間で合
金を形成しない金属粉末を含む合剤を充填した負極を使
用した。
化の軽減および電極厚形化にともなう活物質利用率減少
の軽減が可能となるようにすること。 【解決手段】非水電解液二次電池において、アルカリ金
属との間で合金を形成しない金属集電体に、アルカリ金
属を吸蔵・放出可能な材料と、アルカリ金属との間で合
金を形成しない金属粉末を含む合剤を充填した負極を使
用した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液を使用
する二次電池の負極に関する物である。
する二次電池の負極に関する物である。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般的に使用される二次電池とし
ては、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池などの水溶液
系二次電池が主流であった。これらの水溶液系二次電池
はサイクル特性には優れるものの電池重量やエネルギー
密度の点で十分に満足できるものとは言えない。
ては、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池などの水溶液
系二次電池が主流であった。これらの水溶液系二次電池
はサイクル特性には優れるものの電池重量やエネルギー
密度の点で十分に満足できるものとは言えない。
【０００３】この要求に応える二次電池として、負極に
金属リチウムや炭素材料を使用した非水電解液二次電池
の研究が盛んに行われている。この電池の特徴は、高エ
ネルギー密度で、かつ軽量である点が挙げられる。しか
し、金属リチウムを使用した場合、充放電サイクルの進
行にともない充電時に負極表面に針状結晶が析出する。
そのため、この結晶がセパレータを貫通し、内部短絡を
引き起こすことが問題となっている。
金属リチウムや炭素材料を使用した非水電解液二次電池
の研究が盛んに行われている。この電池の特徴は、高エ
ネルギー密度で、かつ軽量である点が挙げられる。しか
し、金属リチウムを使用した場合、充放電サイクルの進
行にともない充電時に負極表面に針状結晶が析出する。
そのため、この結晶がセパレータを貫通し、内部短絡を
引き起こすことが問題となっている。
【０００４】これに対しリチウムイオンを吸蔵・放出可
能な炭素材料を負極材料として用いた場合、充放電サイ
クルが進行しても炭素表面に針状結晶の析出は見られ
ず、そのため内部短絡を起こしにくく、充放電を良好に
繰り返すことができる。よって非水電解液二次電池とし
ては、負極に炭素材料が用いられることが主流となっ
た。
能な炭素材料を負極材料として用いた場合、充放電サイ
クルが進行しても炭素表面に針状結晶の析出は見られ
ず、そのため内部短絡を起こしにくく、充放電を良好に
繰り返すことができる。よって非水電解液二次電池とし
ては、負極に炭素材料が用いられることが主流となっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の非水電解液二次電池の負極材料として炭素材料を単
独で用いた特開平０６−０２０６８０号公報などの場
合、充放電サイクルの進行にともない容量が徐々に減少
していく問題点がある。また、大容量の電池を作製する
にあたり、電極面積を増加する方法も考えられるが、単
純な大面積化だけで対処するのは集電性の問題などから
限界がある。そのため、薄型電極を積層する構造の範囲
内で考えるなら、電極面積を大きくするとともに積層枚
数をさらに増す必要があり、その結果電極の取扱い性の
悪さ、積層工程の煩雑さなどの作業性低下、さらには電
極間での短絡の危険性の増大の問題を生じてくる。これ
らの理由から、一つの方法として電極自体を厚形化する
ことによる電極枚数低減、取扱い性向上などの改良が期
待される。しかし、上述した特開平０６−０２６８０号
公報のように負極材料として炭素材料を単独で用いた場
合、炭素材料が金属に比べ電気抵抗が数百倍も高いた
め、電極を厚形化することにより活物質利用率が減少す
るなどの問題点があった。
来の非水電解液二次電池の負極材料として炭素材料を単
独で用いた特開平０６−０２０６８０号公報などの場
合、充放電サイクルの進行にともない容量が徐々に減少
していく問題点がある。また、大容量の電池を作製する
にあたり、電極面積を増加する方法も考えられるが、単
純な大面積化だけで対処するのは集電性の問題などから
限界がある。そのため、薄型電極を積層する構造の範囲
内で考えるなら、電極面積を大きくするとともに積層枚
数をさらに増す必要があり、その結果電極の取扱い性の
悪さ、積層工程の煩雑さなどの作業性低下、さらには電
極間での短絡の危険性の増大の問題を生じてくる。これ
らの理由から、一つの方法として電極自体を厚形化する
ことによる電極枚数低減、取扱い性向上などの改良が期
待される。しかし、上述した特開平０６−０２６８０号
公報のように負極材料として炭素材料を単独で用いた場
合、炭素材料が金属に比べ電気抵抗が数百倍も高いた
め、電極を厚形化することにより活物質利用率が減少す
るなどの問題点があった。
【０００６】本発明の目的は、充放電サイクルの進行に
ともなう容量劣化を軽減し、電極の厚形化にともなう活
物質利用率の減少を軽減することができる非水電解液二
次電池を提供することにある。
ともなう容量劣化を軽減し、電極の厚形化にともなう活
物質利用率の減少を軽減することができる非水電解液二
次電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、非水電解液二次電池用負極としてアルカ
リ金属と合金化しない金属集電体に、アルカリ金属を吸
蔵・放出可能な材料と、アルカリ金属と合金化しない金
属粉末を含む合剤を充填したものを使用することを特徴
とするものである。
に、本発明は、非水電解液二次電池用負極としてアルカ
リ金属と合金化しない金属集電体に、アルカリ金属を吸
蔵・放出可能な材料と、アルカリ金属と合金化しない金
属粉末を含む合剤を充填したものを使用することを特徴
とするものである。
【０００８】金属は炭素材料と比較してその電気抵抗が
数百分の１と小さいため、アルカリ金属と合金化しない
金属粉末を添加することにより、導電性が向上し、電気
的接触が不十分で充放電反応に余り関与していなかった
炭素材料の利用率が向上する。
数百分の１と小さいため、アルカリ金属と合金化しない
金属粉末を添加することにより、導電性が向上し、電気
的接触が不十分で充放電反応に余り関与していなかった
炭素材料の利用率が向上する。
【０００９】アルカリ金属と合金化しない金属を導電剤
に選んだのは、アルカリ金属と合金化する金属を使用す
ると充放電により体積変化が生じること、あるいは、ア
ルカリ金属との合金化によりわずかながら導電性が低下
するなど、導電剤として不都合なことが懸念されるため
である。
に選んだのは、アルカリ金属と合金化する金属を使用す
ると充放電により体積変化が生じること、あるいは、ア
ルカリ金属との合金化によりわずかながら導電性が低下
するなど、導電剤として不都合なことが懸念されるため
である。
【００１０】アルカリ金属と合金化しない金属とは、た
とえば銅、クロム、チタンなどがある。前述した特開平
０６−０２６８０号公報では、アルカリ金属と合金化し
ない金属の実施例としてニッケルを記載しているが、ニ
ッケルはわずかではあるがアルカリ金属と合金化するこ
とが知られている。
とえば銅、クロム、チタンなどがある。前述した特開平
０６−０２６８０号公報では、アルカリ金属と合金化し
ない金属の実施例としてニッケルを記載しているが、ニ
ッケルはわずかではあるがアルカリ金属と合金化するこ
とが知られている。
【００１１】アルカリ金属と合金化しない金属粉末とし
ては、球状、鱗片状、繊維状などの形状のものが使用可
能である。球状粉末は炭素粉末の粒子間に充填しやす
い。繊維状粉末は、複数の炭素粉末にわたって接触す
る。鱗片状粉末は、複数の炭素粉末にわたって接触する
と共に炭素粉末との接触面積が広いなどの特徴がある。
充填のしやすさは、球状、繊維状、鱗片状となるにつれ
て低下するが、炭素粉末との接触性は増加するため目
的、用途などに応じて使い分けすることが可能である。
ては、球状、鱗片状、繊維状などの形状のものが使用可
能である。球状粉末は炭素粉末の粒子間に充填しやす
い。繊維状粉末は、複数の炭素粉末にわたって接触す
る。鱗片状粉末は、複数の炭素粉末にわたって接触する
と共に炭素粉末との接触面積が広いなどの特徴がある。
充填のしやすさは、球状、繊維状、鱗片状となるにつれ
て低下するが、炭素粉末との接触性は増加するため目
的、用途などに応じて使い分けすることが可能である。
【００１２】アルカリ金属を吸蔵・放出可能な材料とし
ては、各種炭素材料、Ｎｂ205、Ｌｉ4Ｔｉ5012などの酸
化物系材料、合金などが使用可能である。
ては、各種炭素材料、Ｎｂ205、Ｌｉ4Ｔｉ5012などの酸
化物系材料、合金などが使用可能である。
【００１３】アルカリ金属との間で合金を形成しうる金
属を微細担持した炭素材料では、金属が炭素材料と密着
しているため、両者の間の電子およびＬｉイオンの授受
が円滑であるためＬｉイオンの吸蔵・放出助剤として有
効に活用できる。また、金属の粒径も小さいため、Ｌｉ
イオンの吸蔵・放出による体積変化も周囲の空隙で吸収
可能である。アルカリ金属と合金形成可能な金属として
は、アルミニウム、鉛、銀などが利用可能である。本発
明の適用可能な電極構造としては、圧延、電解という箔
塗布型、発泡体、フェルト、メッシュ、エキスパンドな
どの三次元基体を利用するものなどがあげられる。
属を微細担持した炭素材料では、金属が炭素材料と密着
しているため、両者の間の電子およびＬｉイオンの授受
が円滑であるためＬｉイオンの吸蔵・放出助剤として有
効に活用できる。また、金属の粒径も小さいため、Ｌｉ
イオンの吸蔵・放出による体積変化も周囲の空隙で吸収
可能である。アルカリ金属と合金形成可能な金属として
は、アルミニウム、鉛、銀などが利用可能である。本発
明の適用可能な電極構造としては、圧延、電解という箔
塗布型、発泡体、フェルト、メッシュ、エキスパンドな
どの三次元基体を利用するものなどがあげられる。
【００１４】また、アルカリ金属と合金化する金属を炭
素材料に担持させることにより、導電性が向上するとと
もに、その金属自体がアルカリ金属を吸蔵・放出可能な
材料であり、炭素材料と比較してアルカリ金属を吸蔵・
放出可能な量が理論的に大きいため、同一重量の炭素材
料と置換しても、放電容量を向上することができる。
素材料に担持させることにより、導電性が向上するとと
もに、その金属自体がアルカリ金属を吸蔵・放出可能な
材料であり、炭素材料と比較してアルカリ金属を吸蔵・
放出可能な量が理論的に大きいため、同一重量の炭素材
料と置換しても、放電容量を向上することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１に本発明の例である角形電池
の一部欠截断面図を示す。１はステンレス鋼製の角形容
器であり、その内部に負極２と、セパレータ３、正極４
を収納している。負極は銅発泡体に炭素材料と銅粉末を
保持させたものであり、ポリエチレン製の多孔質セパレ
ータ３を介して、正極４と交互に挿入されている。５は
容器蓋であり、容器１の開口部に周縁部で溶接されてい
る。６は負極２の上部に設けた負極リードであり、負極
端子８に接続している。７は正極４の上部に設けた正極
リードであり、正極端子９に接続している。負極端子８
および正極端子９は容器蓋５と絶縁されている。電解液
として、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート
の混合溶媒にＬｉＰＦ6 （溶質）を用いている。これを
容器１内に収納している。
の一部欠截断面図を示す。１はステンレス鋼製の角形容
器であり、その内部に負極２と、セパレータ３、正極４
を収納している。負極は銅発泡体に炭素材料と銅粉末を
保持させたものであり、ポリエチレン製の多孔質セパレ
ータ３を介して、正極４と交互に挿入されている。５は
容器蓋であり、容器１の開口部に周縁部で溶接されてい
る。６は負極２の上部に設けた負極リードであり、負極
端子８に接続している。７は正極４の上部に設けた正極
リードであり、正極端子９に接続している。負極端子８
および正極端子９は容器蓋５と絶縁されている。電解液
として、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート
の混合溶媒にＬｉＰＦ6 （溶質）を用いている。これを
容器１内に収納している。
【００１６】
実施例１ 使用した負極２は次のようにして作製した。炭素粉末６
３重量％、結着剤としてＮ−メチル−２−ピロリドンに
溶解したポリフッ化ビニリデン７重量％、銅粉末３０重
量％を混合しペースト状にした。このペーストを銅発泡
体に塗布した後、乾燥、圧縮成形し、厚さ４００μｍの
負極板を得た。
３重量％、結着剤としてＮ−メチル−２−ピロリドンに
溶解したポリフッ化ビニリデン７重量％、銅粉末３０重
量％を混合しペースト状にした。このペーストを銅発泡
体に塗布した後、乾燥、圧縮成形し、厚さ４００μｍの
負極板を得た。
【００１７】正極４は次のようにして作製した。正極活
物質としてＬｉＣｏＯ2を８５重量％、導電剤としてカ
ーボン１０重量％、結着剤としてＮ−メチル−２−ピロ
リドンに溶解したポリフッ化ビニリデン５重量％を混合
しペースト状にした。このペーストをアルミニウム発泡
体に塗布した後、乾燥、圧縮成形し、厚さ４５０μｍの
正極板を得た。
物質としてＬｉＣｏＯ2を８５重量％、導電剤としてカ
ーボン１０重量％、結着剤としてＮ−メチル−２−ピロ
リドンに溶解したポリフッ化ビニリデン５重量％を混合
しペースト状にした。このペーストをアルミニウム発泡
体に塗布した後、乾燥、圧縮成形し、厚さ４５０μｍの
正極板を得た。
【００１８】上記正極４枚と負極５枚を使用して、二次
電池を作製した。セパレータは、厚さ２５μｍのポリエ
チレン製多孔質膜を用いた。非水電解液として、エチレ
ンカーボネートとジメチルカーボネートの体積比１：２
混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／リットルの割合で溶解
したものを用いた。
電池を作製した。セパレータは、厚さ２５μｍのポリエ
チレン製多孔質膜を用いた。非水電解液として、エチレ
ンカーボネートとジメチルカーボネートの体積比１：２
混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／リットルの割合で溶解
したものを用いた。
【００１９】実施例２ 負極材料を炭素粉末に代わり、銀の超微粉末を担持した
炭素粉末を使用すること以外は実施例１と同じ方法で電
池を作製した。
炭素粉末を使用すること以外は実施例１と同じ方法で電
池を作製した。
【００２０】実施例３ 負極材料を炭素粉末に代わり、銀の超微粉末を担持した
炭素粉末を使用し、集電体を銅発泡体に代わり、５０μ
ｍの銅箔を使用すること以外は実施例１と同じ方法で電
池を作製した。
炭素粉末を使用し、集電体を銅発泡体に代わり、５０μ
ｍの銅箔を使用すること以外は実施例１と同じ方法で電
池を作製した。
【００２１】比較例１ 負極合剤組成を炭素粉末９０重量％、結着剤としてＮ−
メチル−２−ピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデ
ン１０重量％とし、実施例１の銅粉末分を集電体重量に
転換すること、つまり、アルカリ金属と合金化しない金
属の総重量は変わらずに負極を作製すること以外は実施
例１と同じ方法で電池を作製した。
メチル−２−ピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデ
ン１０重量％とし、実施例１の銅粉末分を集電体重量に
転換すること、つまり、アルカリ金属と合金化しない金
属の総重量は変わらずに負極を作製すること以外は実施
例１と同じ方法で電池を作製した。
【００２２】比較例２ 負極集電体を銅発泡体の代わりに銅箔を使用すること以
外は比較例１と同じ方法で電池を作製した。
外は比較例１と同じ方法で電池を作製した。
【００２３】上記実施例１〜３および比較例１，２で作
製した電池を０．１Ｃで充放電したときの放電容量を測
定した。その結果を図２に示す。
製した電池を０．１Ｃで充放電したときの放電容量を測
定した。その結果を図２に示す。
【００２４】図２より実施例１〜３は１サイクル目から
比較例１，２の放電容量を上回っている。特に、実施例
２は放電容量が最も高く、また１００サイクルを経過し
ても容量劣化がみられない。このことから炭素材料に金
属粉末を添加することにより電池容量を増加し、サイク
ル特性が向上することがわかる。
比較例１，２の放電容量を上回っている。特に、実施例
２は放電容量が最も高く、また１００サイクルを経過し
ても容量劣化がみられない。このことから炭素材料に金
属粉末を添加することにより電池容量を増加し、サイク
ル特性が向上することがわかる。
【００２５】
【発明の効果】本発明の非水電解液二次電池は、負極に
金属粉末を添加することにより、導電性が向上し、サイ
クル劣化を軽減するとともに電気的接触が不十分で充放
電反応に余り関与していなかった炭素材料の利用率を向
上した。また、アルカリ金属と合金化する金属を炭素材
料に担持させることにより、導電性が向上するととも
に、その金属自体がアルカリ金属を吸蔵・放出可能な材
料であり、炭素材料と比較してアルカリ金属を吸蔵・放
出可能な量が論理的に大きいため、同一重量の炭素材料
と置換しても、放電容量を向上することができた。
金属粉末を添加することにより、導電性が向上し、サイ
クル劣化を軽減するとともに電気的接触が不十分で充放
電反応に余り関与していなかった炭素材料の利用率を向
上した。また、アルカリ金属と合金化する金属を炭素材
料に担持させることにより、導電性が向上するととも
に、その金属自体がアルカリ金属を吸蔵・放出可能な材
料であり、炭素材料と比較してアルカリ金属を吸蔵・放
出可能な量が論理的に大きいため、同一重量の炭素材料
と置換しても、放電容量を向上することができた。
【図１】本発明に係わる非水電解液二次電池の一部欠截
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明に係わる非水電解液二次電池の実施例１
〜３および比較例１，２により作製した電池の充放電サ
イクルにともなう放電容量の変化を表したものである。
〜３および比較例１，２により作製した電池の充放電サ
イクルにともなう放電容量の変化を表したものである。
１は角形容器、２は負極、３はセパレータ、４は正極。
Claims (4)
- 【請求項１】正極とアルカリ金属イオンを含む非水電解
液と負極を具備する非水電解液二次電池において、アル
カリ金属との間で合金を形成しない金属集電体に、アル
カリ金属を吸蔵・放出可能な材料と、アルカリ金属との
間で合金を形成しない金属粉末を含む合剤を充填した負
極を具備することを特徴とする非水電解液二次電池。 - 【請求項２】アルカリ金属を吸蔵・放出可能な材料が、
炭素材料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。 - 【請求項３】アルカリ金属を吸蔵・放出可能な材料が、
アルカリ金属との間で合金を形成しうる金属を担持した
炭素材料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。 - 【請求項４】アルカリ金属との間で合金を形成しない金
属集電体が発泡金属あるいは金属フェルトなどの三次元
多孔体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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8071636A JPH09259868A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8071636A JPH09259868A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09259868A true JPH09259868A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13466343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8071636A Pending JPH09259868A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09259868A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6890685B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-05-10 | Nec Corporation | Anode for secondary battery and secondary battery therewith |
| US7763387B2 (en) | 2002-05-24 | 2010-07-27 | Nec Corporation | Negative electrode for secondary cell and secondary cell using the same |
| JPWO2012111608A1 (ja) * | 2011-02-18 | 2014-07-07 | 住友電気工業株式会社 | 三次元網状アルミニウム多孔体を用いた集電体及び該集電体を用いた電極並びに該電極を用いた非水電解質電池、非水電解液を用いたキャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ並びに電極の製造方法 |
-
1996
- 1996-03-27 JP JP8071636A patent/JPH09259868A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6890685B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-05-10 | Nec Corporation | Anode for secondary battery and secondary battery therewith |
| US7763387B2 (en) | 2002-05-24 | 2010-07-27 | Nec Corporation | Negative electrode for secondary cell and secondary cell using the same |
| US8034475B2 (en) | 2002-05-24 | 2011-10-11 | Nec Corporation | Anode for secondary battery and secondary battery using the same |
| JPWO2012111608A1 (ja) * | 2011-02-18 | 2014-07-07 | 住友電気工業株式会社 | 三次元網状アルミニウム多孔体を用いた集電体及び該集電体を用いた電極並びに該電極を用いた非水電解質電池、非水電解液を用いたキャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ並びに電極の製造方法 |
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