JPH09283183A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JPH09283183A JPH09283183A JP8096806A JP9680696A JPH09283183A JP H09283183 A JPH09283183 A JP H09283183A JP 8096806 A JP8096806 A JP 8096806A JP 9680696 A JP9680696 A JP 9680696A JP H09283183 A JPH09283183 A JP H09283183A
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- secondary battery
- aqueous electrolyte
- carbon
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】容積効率が高く小型高容量であって、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３
と、非水電解液と、炭素材料を活物質とする負極４とを
備えた非水電解液二次電池において、前記負極４の活物
質の層は、厚さが３０μｍ以下でありかつ炭素含有密度
が１．５ｇ／ｃｍ3 以上である。
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３
と、非水電解液と、炭素材料を活物質とする負極４とを
備えた非水電解液二次電池において、前記負極４の活物
質の層は、厚さが３０μｍ以下でありかつ炭素含有密度
が１．５ｇ／ｃｍ3 以上である。
Description
【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。
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、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。
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、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、リチウム金属からなる負極と
で構成されていた。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、高率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。
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、リチウム金属からなる負極と
で構成されていた。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、高率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。
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。
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、炭素材料を負極の
活物質として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 、ＬｉＮｉＯ
2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 などの複合酸化物が用いられてい
る。
活物質として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 、ＬｉＮｉＯ
2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 な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】ところで一般に、負極
の活物質として炭素材料を用いた場合、負極の活物質層
の炭素含有密度を大きくすると充放電深度、即ちリチウ
ムをインターカレートできる活物質層の深さが浅くな
る。一方、炭素含有密度を小さくすると、同量の炭素を
含有させるためには活物質層を厚くしなければならず、
単位活物質量あたりの負極の容積が大きくなり、その結
果二次電池の容積が大きくなるという問題点を有してい
た。
の活物質として炭素材料を用いた場合、負極の活物質層
の炭素含有密度を大きくすると充放電深度、即ちリチウ
ムをインターカレートできる活物質層の深さが浅くな
る。一方、炭素含有密度を小さくすると、同量の炭素を
含有させるためには活物質層を厚くしなければならず、
単位活物質量あたりの負極の容積が大きくなり、その結
果二次電池の容積が大きくなるという問題点を有してい
た。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記問題点を解
決し、容積効率が高く小型高容量であって、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。
決し、容積効率が高く小型高容量であって、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。
【０００９】
【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
物質とする負極とを備えた非水電解液二次電池におい
て、前記負極の活物質の層は、厚さが３０μｍ以下であ
りかつ炭素含有密度が１．５ｇ／ｃｍ3 以上であること
を特徴とする。
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
物質とする負極とを備えた非水電解液二次電池におい
て、前記負極の活物質の層は、厚さが３０μｍ以下であ
りかつ炭素含有密度が１．５ｇ／ｃｍ3 以上であること
を特徴とする。
【００１０】又、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。
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。
【００１１】さらに、前記リチウム含有酸化物は、Ｌｉ
ＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 及びＬｉＭｎ2 Ｏ4 のうち少な
くとも１種であることを特徴とする。
ＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 及びＬｉＭｎ2 Ｏ4 のうち少な
くとも１種であることを特徴とする。
【００１２】本発明では、負極活物質層の厚さ及び炭素
含有密度を上述の通り規定することにより、炭素の含有
密度が高いにもかかわらず厚み方向全域にわたってＬｉ
イオンの出入りが可能な活物質層からなる負極を得るこ
とができる。これによって、容積効率が高く小型高容量
であって、充放電サイクル特性に優れた非水電解液二次
電池を得ることができる。
含有密度を上述の通り規定することにより、炭素の含有
密度が高いにもかかわらず厚み方向全域にわたってＬｉ
イオンの出入りが可能な活物質層からなる負極を得るこ
とができる。これによって、容積効率が高く小型高容量
であって、充放電サイクル特性に優れた非水電解液二次
電池を得ることができる。
【００１３】
【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。
池の実施の形態について、実施例をもとに説明する。
【００１４】図１は、本発明の一実施例により得られる
ボタン型電池の断面図である。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正極缶、２は同
じくステンレス鋼板を加工した負極板、３は正極活物質
の層からなる正極、４は負極活物質の層からなる負極、
５はセパレータ、６は絶縁パッキング、７は正極集電
体、８は負極集電体である。
ボタン型電池の断面図である。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正極缶、２は同
じくステンレス鋼板を加工した負極板、３は正極活物質
の層からなる正極、４は負極活物質の層からなる負極、
５はセパレータ、６は絶縁パッキング、７は正極集電
体、８は負極集電体である。
【００１５】次に、図１に示す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、Ｌｉ
2 ＣＯ3 とＣｏＣＯ3 とを混合し、９５０℃で１０時間
焼成して合成した活物質としてのＬｉＣｏＯ2 の粉末１
００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０．０３ｍｍの正極集電体としてのＡｌ箔の片面
に塗着し、乾燥後圧延し、直径１７ｍｍの円形に打ち抜
いて正極集電体７を片面に設けた正極３とした。なお、
正極活物質ＬｉＣｏＯ2 の量は容量的に負極の炭素材料
に対して十分な量となるようにした。
造方法を説明する。まず、正極を作製した。即ち、Ｌｉ
2 ＣＯ3 とＣｏＣＯ3 とを混合し、９５０℃で１０時間
焼成して合成した活物質としてのＬｉＣｏＯ2 の粉末１
００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０．０３ｍｍの正極集電体としてのＡｌ箔の片面
に塗着し、乾燥後圧延し、直径１７ｍｍの円形に打ち抜
いて正極集電体７を片面に設けた正極３とした。なお、
正極活物質ＬｉＣｏＯ2 の量は容量的に負極の炭素材料
に対して十分な量となるようにした。
【００１６】次に負極を作製した。即ち、まず活物質用
の炭素材料として、天然黒鉛の一種であるセイロン産の
鱗状黒鉛をハンマーミルで粉砕して、平均粒径が７μ
ｍ、比表面積が１３ｍ2 ／ｇの黒鉛粉末を得た。そし
て、この黒鉛粉末１００重量部に、フッ素樹脂系バイン
ダ５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の負極集電体としての銅箔の片面に塗着し、乾
燥後圧延し、直径１７ｍｍの円形に打ち抜いて負極集電
体７を片面に設けた活物質の層からなる負極４とした。
このとき、負極４、即ち活物質層の厚さ及び炭素含有密
度は、表１に示すように変化させた。
の炭素材料として、天然黒鉛の一種であるセイロン産の
鱗状黒鉛をハンマーミルで粉砕して、平均粒径が７μ
ｍ、比表面積が１３ｍ2 ／ｇの黒鉛粉末を得た。そし
て、この黒鉛粉末１００重量部に、フッ素樹脂系バイン
ダ５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の負極集電体としての銅箔の片面に塗着し、乾
燥後圧延し、直径１７ｍｍの円形に打ち抜いて負極集電
体７を片面に設けた活物質の層からなる負極４とした。
このとき、負極４、即ち活物質層の厚さ及び炭素含有密
度は、表１に示すように変化させた。
【００１７】その後、図１に示すように、ポリプロピレ
ン製のセパレータ５を介して上記正極３と上記負極４を
集電体がそれぞれ外側になるように重ね、正極３を下に
して正極缶１内に収容した。そして、セパレータ５に電
解液をしみ込ませた。なお、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。
ン製のセパレータ５を介して上記正極３と上記負極４を
集電体がそれぞれ外側になるように重ね、正極３を下に
して正極缶１内に収容した。そして、セパレータ５に電
解液をしみ込ませた。なお、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。
【００１８】その後、正極缶１の口を絶縁パッキング６
を介して負極板２で封止し、表１に示す７種類のリチウ
ム二次電池を完成させた。
を介して負極板２で封止し、表１に示す７種類のリチウ
ム二次電池を完成させた。
【００１９】以上得られたリチウム二次電池について、
負極活物質量に対して１Ｃの電流で１時間充電し、続い
て終止電圧３．０Ｖまで放電する充放電試験を２００サ
イクル行なった。又、同一構成の別の電池について、充
放電電流を３倍の３Ｃとした充放電試験を行なった。表
１に、最初及び２００サイクル目の放電容量を理論容量
（３７２ｍＡｈ／ｇ）に対する比率（％）で示す。又、
負極即ち負極活物質層の単位容積あたりの放電容量、即
ち容積効率（ｍＡｈ／ｃｍ3 ）を表１に示す。
負極活物質量に対して１Ｃの電流で１時間充電し、続い
て終止電圧３．０Ｖまで放電する充放電試験を２００サ
イクル行なった。又、同一構成の別の電池について、充
放電電流を３倍の３Ｃとした充放電試験を行なった。表
１に、最初及び２００サイクル目の放電容量を理論容量
（３７２ｍＡｈ／ｇ）に対する比率（％）で示す。又、
負極即ち負極活物質層の単位容積あたりの放電容量、即
ち容積効率（ｍＡｈ／ｃｍ3 ）を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１の結果より、試料番号１〜４に示すよ
うに、負極活物質の層の厚さが３０μｍ以下で炭素含有
量が１．５ｇ／ｃｍ3 以上の負極を用いた場合は、容積
効率が高く、充放電サイクルや高電流での容量の劣化も
少ない。
うに、負極活物質の層の厚さが３０μｍ以下で炭素含有
量が１．５ｇ／ｃｍ3 以上の負極を用いた場合は、容積
効率が高く、充放電サイクルや高電流での容量の劣化も
少ない。
【００２２】これに対して、試料番号５、６に示すよう
に、負極の厚さが３０μｍを超える場合は、容積効率が
低く、充放電サイクルや高電流での容量劣化が大きく好
ましくない。又、試料番号７に示すように、負極の炭素
含有量が１．５ｇ／ｃｍ3 未満の場合も、容積効率が低
くなり好ましくない。
に、負極の厚さが３０μｍを超える場合は、容積効率が
低く、充放電サイクルや高電流での容量劣化が大きく好
ましくない。又、試料番号７に示すように、負極の炭素
含有量が１．５ｇ／ｃｍ3 未満の場合も、容積効率が低
くなり好ましくない。
【００２３】なお、上記実施例では、非水電解液二次電
池の形状がボタン型電池の場合について説明したが、そ
れ以外に円柱型、角型、偏平型などあらゆる形状の電池
の場合に同様の効果を得ることができる。
池の形状がボタン型電池の場合について説明したが、そ
れ以外に円柱型、角型、偏平型などあらゆる形状の電池
の場合に同様の効果を得ることができる。
【００２４】又、上記実施例では、正極活物質としてＬ
ｉＣｏＯ2 を用いているが、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2
Ｏ4 などや、これら化合物のＣｏ、ＮｉやＭｎの一部を
他の元素、例えばＮｉ，Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどで置換し
た複合酸化物を用いることができる。そして、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。
ｉＣｏＯ2 を用いているが、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2
Ｏ4 などや、これら化合物のＣｏ、ＮｉやＭｎの一部を
他の元素、例えばＮｉ，Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどで置換し
た複合酸化物を用いることができる。そして、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。
【００２５】又、上記実施例では、炭素材料としてセイ
ロン産の鱗状黒鉛を用いたが、マダカスカル産などの天
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。
ロン産の鱗状黒鉛を用いたが、マダカスカル産などの天
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。
【００２６】さらに、上記実施例においては、セパレー
ターとしてポリプロピレン製のものを用い、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６フッ化燐酸リチウムを溶解したものを用いた
が、これら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。
ターとしてポリプロピレン製のものを用い、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６フッ化燐酸リチウムを溶解したものを用いた
が、これら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。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の非水電解液二次電池においては、負極の活物質層につ
いて、厚さを３０μｍ以下としかつ炭素含有密度を１．
５ｇ／ｃｍ3 以上としているため、炭素の含有密度が高
いにもかかわらず厚み方向全域にわたってＬｉイオンの
出入りが可能な活物質層からなる負極を得ることができ
る。
の非水電解液二次電池においては、負極の活物質層につ
いて、厚さを３０μｍ以下としかつ炭素含有密度を１．
５ｇ／ｃｍ3 以上としているため、炭素の含有密度が高
いにもかかわらず厚み方向全域にわたってＬｉイオンの
出入りが可能な活物質層からなる負極を得ることができ
る。
【００２８】したがって、容積効率が高く小型高容量で
あって、充放電サイクル特性に優れた非水電解液二次電
池を得ることができる。
あって、充放電サイクル特性に優れた非水電解液二次電
池を得ることができる。
【図１】本発明の一実施例により得られる電池の断面図
である。
である。
１ 正極缶 ２ 負極板 ３ 正極 ４ 負極 ５ セパレータ ６ 絶縁パッキング ７ 正極集電体 ８ 負極集電体
Claims (3)
- 【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する負極とを備
えた非水電解液二次電池において、前記負極の活物質の
層は、厚さが３０μｍ以下でありかつ炭素含有密度が
１．５ｇ／ｃｍ3 以上であることを特徴とする、非水電
解液二次電池。 - 【請求項２】 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記載の非
水電解液二次電池。 - 【請求項３】 前記リチウム含有酸化物は、ＬｉＣｏＯ
2 、ＬｉＮｉＯ2 及びＬｉＭｎ2 Ｏ4 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8096806A JPH09283183A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8096806A JPH09283183A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283183A true JPH09283183A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=14174859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8096806A Pending JPH09283183A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09283183A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260786A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Hitachi Maxell Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2006277990A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Hitachi Maxell Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2007305545A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Sony Corp | リチウムイオン電池 |
-
1996
- 1996-04-18 JP JP8096806A patent/JPH09283183A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260786A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Hitachi Maxell Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2006277990A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Hitachi Maxell Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2007305545A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Sony Corp | リチウムイオン電池 |
| US7749653B2 (en) | 2006-05-15 | 2010-07-06 | Sony Corporation | Lithium ion battery |
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