JPH10228895A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH10228895A
JPH10228895A JP9047385A JP4738597A JPH10228895A JP H10228895 A JPH10228895 A JP H10228895A JP 9047385 A JP9047385 A JP 9047385A JP 4738597 A JP4738597 A JP 4738597A JP H10228895 A JPH10228895 A JP H10228895A
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宏史 黒河
Takeshi Maeda
丈志 前田
Toshiyuki Noma
俊之 能間
Koji Nishio
晃治 西尾
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】平均粒径が2.2〜5.3μmであるLi
Cox Ni1-x 2 (0≦x≦1)粉末を活物質とする
正極と、天然黒鉛粉末とコークス粉末との混合粉末をリ
チウムイオン吸蔵材とする負極と、電解質塩を有機溶媒
に溶かして成る非水電解液とを備える。 【効果】充放電サイクル特性のみならず、高率放電特性
にも優れるリチウム二次電池が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、LiCox Ni
1-x 2 (0≦x≦1)粉末を活物質とする正極と、天
然黒鉛粉末とコークス粉末との混合粉末をリチウムイオ
ン吸蔵材とする負極と、電解質塩を有機溶媒に溶かして
成る非水電解液とを備えるリチウム二次電池に係わり、
詳しく、この種の電池の高率放電特性を改善することを
目的とした、LiCox Ni1-x 2 (0≦x≦1)粉
末の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
リチウム二次電池が、アルカリ蓄電池と異なり、水の分
解電圧を考慮する必要がないために、正極活物質を適宜
選定することにより、高電圧設計が可能であるなどの理
由から、注目されている。
【0003】リチウム二次電池の負極材料としては、金
属リチウム、コークス及び黒鉛がよく知られているが、
金属リチウムには、電池寿命の短命化を招くデンドライ
トの問題がある。このため、実用電池ではコークス又は
黒鉛が主に使用されており、なかでも、黒鉛は容量(比
容量)が大きく、放電電位が平坦であるので、負極材料
として好ましい。
【0004】しかしながら、負極のリチウムイオン吸蔵
材として黒鉛を一種単独使用したのでは、黒鉛が電解液
と反応し易い物質であるために、充放電サイクル特性に
優れるリチウム二次電池を得ることは困難である。
【0005】そこで、最近、負極のリチウムイオン吸蔵
材として天然黒鉛粉末とコークス粉末との所定割合の混
合粉末を使用することが提案されている(特開平8−2
64181号公報参照)。これにより充放電サイクル特
性は大きく改善される。
【0006】一方、リチウム二次電池の高電圧化を実現
するための正極活物質としては、LiCox Ni1-x
2 (0≦x≦1)がよく知られている。而して、従来
は、粒径分布が10〜200μmの範囲の粉末が用いら
れていた(1996年第8回リチウム電池国際会議予稿
集第130頁参照)。
【0007】しかしながら、天然黒鉛粉末とコークス粉
末との混合粉末を負極のリチウムイオン吸蔵材とし、且
つLiCox Ni1-x 2 (0≦x≦1)を正極活物質
とするリチウム二次電池には、充放電サイクル特性は良
いものの、大電流で放電したときの容量が小さい、すな
わち高率放電特性が良くないという問題があった。
【0008】そこで、この問題を解決するべく鋭意研究
した結果、本発明者らは、LiCox Ni1-x 2 (0
≦x≦1)粉末の粒径(平均粒径)が高率放電特性に大
きく影響していることを知った。
【0009】本発明は、斯かる知見に基づきなされたも
のであって、充放電サイクル特性のみならず、高率放電
特性にも優れるリチウム二次電池を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明に係るリチウム二次電池(以下、「本発明電
池」と称する)は、LiCox Ni1-x 2 (0≦x≦
1)粉末を活物質とする正極と、天然黒鉛粉末とコーク
ス粉末との混合粉末をリチウムイオン吸蔵材とする負極
と、電解質塩を有機溶媒に溶かしてなる非水電解液とを
備えるリチウム二次電池において、前記LiCox Ni
1-x 2 (0≦x≦1)粉末の平均粒径が2.2〜5.
3μmであることを特徴とする。
【0011】正極活物質として使用されるLiCox
1-x 2 (0≦x≦1)粉末は、例えば、リチウム化
合物(LiOHなど)とコバルト化合物(Co(OH)
2 など)及び/又はニッケル化合物(Ni(OH)2
ど)とを混合し、乾燥空気雰囲気下にて、700〜90
0°Cで5〜20時間加熱処理した後、粉砕することに
より得られる。
【0012】本発明においてLiCox Ni1-x
2 (0≦x≦1)粉末の平均粒径が2.2〜5.3μm
に規制されるのは、平均粒径がこの範囲を外れると、高
率放電特性が悪くなるからである。
【0013】負極のリチウムイオン吸蔵材として使用さ
れる天然黒鉛粉末とコークス粉末との混合粉末として
は、充放電サイクル特性の点で、天然黒鉛粉末60〜8
0重量%とコークス粉末40〜20重量%とからなるも
のが好ましい。
【0014】天然黒鉛粉末及びコークス粉末としては、
各炭素塊を機械的に粉砕して得た粉末をそのまま用いて
もよく、必要に応じて、精製処理を施したものを用いて
もよい。
【0015】天然黒鉛粉末としては、d002 (格子面
(002)面の面間隔)が3.35〜3.37Å、Lc
(c軸方向の結晶子の大きさ)が400Å以上のものが
好ましい。また、コークス粉末としては、d002 が3.
44〜3.47Å、Lcが20〜50Åのものが好まし
い。
【0016】電解質塩を有機溶媒に溶かしてなる非水電
解液としては、エチレンカーボネート、ビニレンカーボ
ネート、プロピレンカーボネートなどの高誘電率有機溶
媒又は高誘電率有機溶媒とジエチルカーボネート、ジメ
チルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2
−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの低
沸点有機溶媒との混合有機溶媒に、LiPF6 、LiC
lO4 などの電解質塩を溶かしたものが例示される。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。
【0018】〔正極の作製〕LiCo0.3 Ni0.7 2
粉末をらいかい乳鉢で粉砕して、平均粒径1.1μm、
1.4μm、2.2μm、5.3μm、8.0μmの5
種の正極活物質粉末を調製した。次いで、各正極活物質
粉末90重量部と、導電剤としての炭素粉末6重量部
と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン4重量部のN
−メチル−2−ピロリドン溶液とを混合して、正極合剤
を調製し、この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム
箔の片面に塗布し、乾燥し、成型圧2トン/cm2 で直
径20mm、厚さ50μmの円板状に加圧成型した後、
100°Cで2時間加熱処理して、正極を作製した。
【0019】〔負極の作製〕天然黒鉛粉末とコークス粉
末とを重量比4:1で混合して得た混合粉末85重量部
と、ポリフッ化ビニリデン15重量部のN−メチル−2
−ピロリドン溶液とを混合して、負極合剤を調製し、こ
の負極合剤を厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、乾燥
し、成型圧2トン/cm2 で直径20mm、厚さ50μ
mの円板状に加圧成型した後、100°Cで2時間加熱
処理して、負極を作製した。
【0020】〔非水電解液の調製〕エチレンカーボネー
トとジエチルカーボネートとの体積比1:1の混合溶媒
にLiPF6 を1モル/リットル溶かして、非水電解液
を調製した。
【0021】〔試験セルの作製〕上記の各正極、負極及
び非水電解液を用いて三極式試験セルC1〜C5を組み
立てた。セパレータとしては、ポリエチレン製の微多孔
膜を使用した。図1は、組み立てた三極式試験セルの断
面図であり、図示の三極式試験セルCは、正極1、負極
2、セパレータ3、参照極(リチウム圧延板)4、正極
集電体5、負極集電体6などからなる。正極1及び負極
2は、セパレータ3を隔てて対向して配されており、正
極1は正極集電体5を介して正極リード7に、負極2は
負極集電体6を介して負極リード8に、それぞれ電気的
に接続されており、正極リード7及び負極リード8から
電池内に生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして
取り出し得るようになっている。
【0022】〔各試験セルの放電容量〕各試験セルを、
電流密度0.25mA/cm2 で4.3V(Li/Li
+ )まで充電した後、電流密度6mA/cm2 で2.0
V(Li/Li+ )まで放電(高率放電)して、そのと
きの放電容量を求めた。結果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】表1より、平均粒径が2.2〜5.3μm
のLiCo0.3 Ni0.7 2 粉末を正極活物質粉末とし
て使用すると、高率放電時の放電容量の大きいリチウム
二次電池が得られることが分かる。
【0025】上記の実施例では、LiCo0.3 Ni0.7
2 粉末を用いて、その平均粒径と高率放電特性の関係
を調べたが、他のLiCox Ni1-x 2 (0≦x≦
1)粉末についても、平均粒径が2.2〜5.3μmの
ものを使用した場合に、高率放電特性に優れるリチウム
二次電池が得られることを、別途確認した。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、充放電サイクル特性の
みならず、高率放電特性にも優れるリチウム二次電池が
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で組み立てた三極式試験セルの断面図で
ある。
【符号の説明】
C 三極式試験セル 1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 参照極 5 正極集電体 6 負極集電体 7 正極リード 8 負極リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】LiCox Ni1-x 2 (0≦x≦1)粉
    末を活物質とする正極と、天然黒鉛粉末とコークス粉末
    との混合粉末をリチウムイオン吸蔵材とする負極と、電
    解質塩を有機溶媒に溶かして成る非水電解液とを備える
    リチウム二次電池において、前記LiCox Ni1-x
    2 (0≦x≦1)粉末の平均粒径が2.2〜5.3μm
    であることを特徴とするリチウム二次電池。
  2. 【請求項2】前記LiCox Ni1-x 2 (0≦x≦
    1)粉末がLiCo0.3 Ni0.7 2粉末である請求項
    1記載のリチウム二次電池。
  3. 【請求項3】前記混合粉末が天然黒鉛粉末60〜80重
    量%とコークス粉末40〜20重量%とからなる請求項
    1又は2記載のリチウム二次電池。
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