JPH1125978A - 非水電解質二次電池用負極材料の製造方法と電池 - Google Patents

非水電解質二次電池用負極材料の製造方法と電池

Info

Publication number
JPH1125978A
JPH1125978A JP9179943A JP17994397A JPH1125978A JP H1125978 A JPH1125978 A JP H1125978A JP 9179943 A JP9179943 A JP 9179943A JP 17994397 A JP17994397 A JP 17994397A JP H1125978 A JPH1125978 A JP H1125978A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
oxide
electrode material
battery
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9179943A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Nakamura
茂 中村
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.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP9179943A priority Critical patent/JPH1125978A/ja
Publication of JPH1125978A publication Critical patent/JPH1125978A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • 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

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初回の充放電効率が高く、充放電サイクル特
性が優れた電池用負極材料の製造方法を提供することを
課題とする。 【解決手段】 錫、亜鉛、鉛、ゲルマニウム、珪素から
選ばれる機能元素の少なくとも1種を含有する酸化物を
含チッソ塩基性溶媒と金属リチウムとから得られる液で
処理することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高放電電位、高容量で
サイクル性、保存性が良く、且つ安全性に優れた新規な
非水電解質二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】非水二次電池用負極材料としては、リチ
ウム金属やリチウム合金が代表的である。それらを用い
ると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長したいわゆ
るデンドライトが発生し、内部ショートの原因あるいは
デンドライト自体の持つ高い活性のため、発火などの危
険をはらんでいた。
【0003】これに対し、リチウムを可逆的に挿入・放
出可能な焼成炭素質材料が実用化されるようになってき
た。この炭素質材料の欠点は、それ自体が導電性を持つ
ので、過充電や急速充電の際に炭素質材料の上にリチウ
ム金属が析出する事があり、結局樹枝状金属を析出させ
てしまうことになる。
【0004】これを避けるために、充電器を工夫した
り、正極活物質を少なくして過充電を防止する方法を採
用したりしている。後者の方法では、活物質の量が限定
されるので放電容量も限定されてしまう。
【0005】また、炭素質材料は密度が比較的小さいた
め、体積当たりの容量が低いという二重の意味で放電容
量が制限されてしまうことになる。さらに初回の充電量
に対して放電量が低いという問題もあった。
【0006】一方、3〜3.6V級の高放電電位を持つ
非水二次電池において、リチウム金属、リチウム合金、
炭素質材料以外の負極材料としては、Sn、V、Si、
B、Zrなどの酸化物、及び、それらの複合酸化物を用
いることが提案されている(特開平5−174818、
同6−60867、同6−275267、同6−325
765、同6−338324、EP−615296)。
【0007】これらSn、V、Si、B、Zrなどの酸
化物、及び、それらの複合酸化物は、ある種のリチウム
を含む遷移金属化合物の正極との組合せにより、3〜
3.6V級の放電容量の大きな非水二次電池を提供す
る。この排水二次電池は、実用領域でデンドライト発生
がほとんどなく極めて安全性が高いものである。
【0008】しかしながら、充放電サイクル性はほぼ良
好であるにも拘らず、初回の充放電に於いて、充電量に
対する放電量の比率(以下効率と言う)が低く、結果的
に本来の容量の大きさを充分に発揮しにくいという問題
があった。
【0009】このため、負極材料では、電池の組立時に
負極上に金属リチウム箔を貼ること(WO 96/27
910等)でこの不効率部分を補償する方法が提案され
ている。
【0010】しかしながら、この方法により、電池容量
の向上は達成されるものの、製造上の工程が複雑になる
ことでの得率の低下、コストの上昇の問題がある。工程
が簡易で、製造コストが上がらない、新たな方法が必要
とされている。
【0011】金属酸化物に還元性Li化合物であるn−
ブチルリチウム等を反応させLi挿入化合物として正極
を得る方法に関しては、J.Electrochemical Soc. Vol
124,,No9 1387pageに記載されている。また、金属リチ
ウムを含チッソ性溶媒に溶解した液に、Mnを含む酸化
物を接触させ、正極用のLi挿入化合物を合成すること
が米国特許第5,605,773に開示されている。
【0012】しかしながら、負極材料として機能し得る
酸化物、特に、金属リチウムに近い単極電位で作動する
負極材料について、充放電効率を改良する効果的な方法
については知られていない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、1)
高い放電電圧、良好な充放電サイクル特性を持ち、更に
安全性が優れ、2)高エネルギー密度を有する非水電解
質二次電池を得ることにある。
【0014】本発明の他の課題は、前記特性を維持しつ
つ、初回充放電における効率が大幅に向上した負極材料
とこれを用いたLi非水電解質二次電池を得ることにあ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、錫、亜
鉛、鉛、ゲルマニウム、珪素から選ばれる機能元素の少
なくとも一つを含む酸化物、もしくは錫、亜鉛、マンガ
ン、鉄、鉛、ゲルマニウムから選ばれる機能元素を少な
くとも1種を含有する非晶質複合酸化物を含チッソ塩基
性溶媒と金属リチウムとから得られる液で処理すること
を特徴とする、非水電解質二次電池用負極材料の製造方
法によって解決される。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳述する。
【0017】図1は、シリンダ型電池の断面図である。
電池の形状はシリンダー、角のいずれにも適用できる。
電池は、セパレーター21、22と共に巻回した正極シ
ート35と負極シート36を電池缶11に挿入し、電池
缶11と負極シート36を電気的に接続し、電解液15
を注入し封口して形成する。電池蓋12は正極端子を有
し、ガスケット13を介して電池缶11の上部口に嵌合
される。正極シート35は、電池蓋12に電気的に接続
される。この時、安全弁14を封口板として用いること
ができる。更に電池の安全性を保証するために正温度係
数(PTC)素子16を用いるのが好ましい。
【0018】電極は、集電体上に負極材料を含む負極合
剤を塗布することにより形成することができる。当該負
極材料は、所定の酸化物を含チッソ塩基性溶媒と金属リ
チウムとから得られる液で処理することにより得られ
る。この処理を行うことにより、例えば上記の酸化物が
Snを含む場合には、電池を使用する前に予めSnを2
価から0価に還元しておくことができる。Snの還元を
行っておくことにより、電池の第1サイクルの効率を向
上させることができる。すなわち、電池の初回の充放電
において、充電量に対する放電量の比率(効率)を高く
することができる。
【0019】従来技術によれば、負極合剤上にリチウム
箔を貼り付けることにより、負極材料にリチウムを供給
する方法があるが、この方法はリチウム箔を短冊状に加
工して貼り付けるので、工程上の負荷(コストと技術)
が大きい。本発明の実施の形態によれば、製造上の工程
が簡単になり得率が向上する。さらに、製造コストを下
げることができる。
【0020】金属リチウムを、含チッソ塩基性溶媒に溶
かした溶液の性質については、Audrieth. L.F and Klei
nberg.J ,"Non-Aqueous Solvents" J.W & &Sons Inc(19
53), H.シスラ- 「非水溶媒の化学」 共立出版、Edwin
J.Hart, "Solvated Electron" Am.Chem.Soc.,(1965)
に記載されている。
【0021】溶媒とリチウムの比率は、溶媒1リットル
当り金属リチウムが0.1g以上70g以下、より好ま
しくは0.3g以上35g以下、特に好ましくは1g以
上17g以下の範囲で用いられる。
【0022】含チッソ塩基性溶媒としては液体アンモニ
ア、有機アミン、ピリジン、およびそれらの置換体から
選ぶことが出来る。これら溶媒を単独もしくは組合せて
使用することも好ましい。これらのうちで、液体アンモ
ニアが最も好ましい。
【0023】液体アンモニアを用いる場合には、液体状
態で反応を行わしめる為に、常温で加圧しても良いが、
好ましくはマイナス30℃からマイナス50℃に冷却し
て反応を行わせるのが好ましい。
【0024】反応させるリチウム量は、酸化物中の機能
元素に対して、1から100倍のモル数で、好ましくは
1から20倍のモル数、更に好ましくは、1から5倍の
モル数を用いる。
【0025】反応プロセスは必要により任意に調整する
が、反応容器に予め加えられた粉体状の酸化物を容器ご
と冷却し、これに液体チッソを添加し、攪拌しつつこれ
にリチウム片を添加することで反応を行わしめるのが好
ましい。
【0026】固体のリチウム片を加えるかわりに、予め
別の冷却容器で金属リチウムを液体アンモニアに溶解し
た後、これを液体アンモニアに分散させた酸化物に加え
ることで反応を行わしめるのも好ましい。
【0027】反応後に、−10℃〜+30℃に昇温させ
て液体アンモニアを留去して、粉末材料を得る。
【0028】液体アンモニアを除去した後、得られた粉
体をさらに加熱することも好ましい。加熱温度は40℃
から400℃であり、好ましくは50℃から100℃で
ある。予期されないことであったが、前述の処理後にこ
の加熱工程を行うことで、効率が向上するのみでなく、
充放電サイクル性が向上する効果が得られることが判っ
た。
【0029】負極に用いられる酸化物は、錫、亜鉛、
鉛、ゲルニウム、珪素(機能元素という)を少なくとも
1種含有し、好ましくは非晶質の酸化物である。
【0030】非晶質複合酸化物を形成するための元素
は、機能元素と共に酸化物として非晶質固体を形成する
ものであり、Al、B、P、Siが好ましい。
【0031】負極材料は電池組み込み時に主として非晶
質である。ここで言う主として非晶質とはCuKα線を
用いたX線回折法で2θ値で20°から40°に頂点を
有するブロードな散乱帯を有する物であり、結晶性の回
折線を有してもよい。好ましくは2θ値で40°以上7
0°以下に見られる結晶性の回折線の内最も強い強度
が、2θ値で20°以上40°以下に見られるブロード
な散乱帯の頂点の回折線強度の500倍以下であること
が好ましく、さらに好ましくは100倍以下であり、特
に好ましくは5倍以下であり、最も好ましくは 結晶性
の回折線を有さないことである。
【0032】負極に用いる酸化物は、Snを主体とする
非晶質の複合酸化物が特に好ましく、次の一般式(1)
で表される。
【0033】 SnM2 a 3 b 4 c z 一般式(1) 式中、M2 は周期律表第1族元素、第2族元素から選ば
れる少なくとも1種を、M3 はAl、B、P、Siから
選ばれる少なくとも1種を、M4 はハロゲン元素から選
ばれる少なくとも1種を表す。aは0以上0.5以下の
数、bは0.5以上2以下の数、cは0以上0.5以下
の数を表す。
【0034】非晶質複合酸化物は、溶融法、溶液法のい
ずれかの方法も採用することができる。
【0035】溶融法では、一般式(1)に記載された元
素の酸化物あるいは化合物をよく混合した後、溶融して
非晶質複合酸化物を得るのが好ましい。
【0036】溶融条件としては、昇温速度として昇温速
度毎分5℃以上200℃以下であることが好ましく、さ
らに好ましくは7℃以上200℃以下である。とくに好
ましくは10℃以上200℃以下である。溶融温度とし
ては500℃以上1500℃以下であることが好まし
く、さらに好ましくは600℃以上1500℃以下であ
り、とくに好ましくは700℃以上1500℃以下であ
る。溶融時間としては1時間以上100時間以下である
ことが好ましく、さらに好ましくは1時間以上70時間
以下であり、とくに好ましくは1時間以上20時間以下
である。降温速度としては毎分2℃以上107 ℃以下で
あることが好ましく、さらに好ましくは5℃以上107
℃以下であり、特に好ましくは10℃以上107 ℃以下
である。
【0037】上記の昇温速度とは「溶融温度(℃表示)
の50%」から「溶融温度(℃表示)の80%」に達す
るまでの温度上昇の平均速度であり、降温速度とは「溶
融温度(℃表示)の80%」から「溶融温度(℃表示)
の50%」に達するまでの温度降下の平均速度である。
【0038】降温は溶融炉中で冷却してもよくまた溶融
炉外に取り出して、例えば水中に投入して冷却してもよ
い。またセラミックスプロセッシング(技報堂出版19
87)217頁記載のgun法・Hammer−Anv
il法・slap法・ガスアトマイズ法・プラズマスプ
レー法・遠心急冷法・melt drag法などの超急
冷法を用いることもできる。またニューガラスハンドブ
ック(丸善1991)172頁記載の単ローラ法、双ロ
ーラ法を用いて冷却してもよい。また、溶融中に原料を
供給しつつ溶融物を連続的に取り出してもよい。その場
合には融液を攪拌することが好ましい。
【0039】溶融ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が
5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性
ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられ
る。最も好ましい不活性ガスは純アルゴンである。
【0040】負極材料の平均粒子サイズは0.1〜60
μmが好ましく、このため、前記方法で得られた酸化物
を予め所定のサイズに粉砕した後、含窒素塩基性溶媒と
金属リチウムとからなる液で処理するのが好ましい。所
定の粒子サイズにするには、良く知られた粉砕機や分級
機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミ
ル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミ
ル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用いられる。粉
砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶媒を共存さ
せた湿式粉砕も必要に応じて行うことができる。粉砕し
た粒子を所望の粒径とするために、分級を行うことが好
ましい。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分
級機などを必要に応じて用いることができる。分級は乾
式、湿式ともに用いることができる。
【0041】負極材料の粒子は、真空中または窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等の不活性ガ
ス中でアニール処理することができる。アニール処理の
温度は、100℃〜粉砕した粒子同志が融着を起こす温
度であることが好ましく、更に好ましくは200〜60
0℃であり、最も好ましくは300〜500℃である。
以上で、溶融法により非晶質複合酸化物の生成方法の説
明を終える。
【0042】以下、溶液法により非晶質複合酸化物を生
成する方法を説明する。溶液法では、ゾル−ゲル法を用
いるのが好ましい。ゾル−ゲル法は、ゾルすなわちコロ
イド分散系の調製を経て粒子サイズとその分布の制御さ
れた固体粒子群を製造する方法であり、金属酸化物を含
むゾル製造法の最近の技術については、E.Matij
evic 編集“Surface and Collo
id Science”,Vol 6, John W
iley and Sons (1973)にまとめら
れている。金属酸化物ゾルの製造法としては、金属塩を
硫酸や燐酸などの強い酸の存在下かつ加熱下で長時間処
理し、加水分解させて酸化物微粒子として析出させる方
法が一般的である。非結晶性の金属酸化物粒子をゲル化
させる方法としては、ガラスのゾル−ゲル法による製造
が知られている。
【0043】ゾル−ゲル法によりガラスを調製する代表
的な方法としては、金属アルコキシドを酸またはアルカ
リ触媒下で加水分解し、ゾルとしてゲル化させる方法、
シリカ等の微粉末原料に水を加えてヒドロゾルとした後
放置してゲル化させる方法、上記の金属アルコキシドの
加水分解生成物のゾル溶液に微粉末原料を添加してpH
を中性近くに調整してゲル化させる方法等がある。複数
の金属の複合酸化物からなるガラスの調製の場合には、
たとえば、各金属元素を含むアルコキシド、酸もしくは
アルカリとの塩等を化学量論比で水溶液中で反応させ、
pH調整によってゲル化させる。このように作られる複
合金属酸化物のガラスの微粒子は、分子レベルの反応を
経て合成されることから、溶融法によって作られるもの
に比べて組成が均一である特長を有する。
【0044】また、ゾル−ゲル法により均一なサイズの
微粒子を製造する方法には、特開昭64−42316号
に開示されるように、界面活性剤を添加した油/水界面
でゾルを一度液滴化させた後、アルカリで処理してゲル
化させる方法がある。
【0045】ゾル−ゲル法として一般的な金属アルコキ
シド類の加水分解においては、ゾル化の触媒として酸性
触媒が用いられる。また、ゲル化の触媒には、塩基性触
媒が用いられる。酸性触媒には、硫酸、塩酸、硝酸、酢
酸、しゅう酸、ギ酸、プロピオン酸、安息香酸、グリコ
ール酸、マレイン酸、クエン酸、トルエンスルホン酸等
が用いられ、通常反応系のpHを3以下にしてゾル生成
を行う。一方、ゲル化のための塩基性触媒には、水酸化
ナトリウム、水酸化アンモニウム、第4級アンモニウム
塩類、アミン類、ホルムアミド類、しゅう酸等が有効で
ある。塩基性触媒は、加水分解後に反応系のpHを7以
上とするのに必要な量が添加される。
【0046】ゾル−ゲル法によって形成される複合酸化
物の微粒子は、電極材料として用いたときに電極材料薄
層中の充填密度を上げ、粒子による周辺部材のスクラッ
チ発生を防ぐ目的からその形状が球状であることが好ま
しい。
【0047】球状粒子を作成するためには、先に記載し
た特開昭64−42316号に記載の界面反応を利用す
る方法を用いると好ましい。球形粒子のサイズは、平均
径で、一次粒子が0.005〜1.0μmで、二次粒子
(凝集体粒子)が0.1〜50μmのものが好ましい。
特に好ましいのは、一次粒子が、平均径で、0.01〜
0.5μmで、二次粒子が0.5〜10μmのものであ
る。二次粒子は、微粒子の凝集体であるので、二次粒子
としての大きさに比べて比表面積の大きなものを作成す
ることができる。
【0048】球状以外の粒子形状として、他に、無定
形、板状、針状、繊維状の粒子も用いることができる。
【0049】ゾル−ゲル法によって形成される複合酸化
物の微粒子は、電極材料としてリチウムイオンの挿入放
出にかかわる粒子有効表面積が大きく急速な挿入放出反
応(すなわち急速な充放電)においても効率よく働くた
めに、そのBET比表面積が少なくとも2m2 /g以上
であることが好ましい。BET比表面積はさらに、5m
2 /g以上であることが好ましく、10m2 /g以上で
あることがさらに好ましい。
【0050】BET比表面積の大きな粒子群を得るため
に、複合酸化物の微粒子は、表面が多孔質の構造となっ
ていることが好ましい。多孔質構造の有無は粒子の電子
顕微鏡観察によって調べることができる。多孔質粒子の
表面の微細孔の径は、10〜1000Åの範囲となるこ
とが好ましい。
【0051】一般式(1)で示される化合物例を以下に
示すが、これらに限定されるものではない。
【0052】SnK0.2PO3.6 SnRb0.2Al0.050.83.25 SnBa0.1Al0.151.454.7 SnLa0.1Al0.10.93.55 SnNa0.1Al0.050.451.8 SnLi0.20.50.53.1 SnCs0.10.40.42.65 SnBa0.10.40.42.7 SnCa0.1Al0.150.450.553.9 SnY0.1Al0.30.60.64 SnRb0.2Al0.10.30.42.7 SnCs0.2Al0.10.30.42.7 SnCs0.1Al0.10.40.42.8
【0053】SnK0.1Cs0.10.40.42.7 SnMg0.10.10.40.42.75 SnBa0.1Cs0.10.40.42.75 SnCa0.10.10.40.53 SnMg0.1Cs0.1Si0.40.43.75 SnBa0.10.1Al0.10.30.42.75 SnMg0.1Cs0.1Al0.10.30.42.75 SnCa0.10.1Al0.10.30.42.75 SnMg0.1Rb0.1Al0.10.30.42.75
【0054】SnCa0.10.20.20.22.6 SnMg0.1Cs0.10.40.40.23.3 SnMg0.1Al0.20.40.40.22.9 Sn0.5Mn0.5Mg0.10.92.45 Sn0.5Mn0.5Ca0.10.93.35 Sn0.5Ge0.5Mg0.10.93.35 Sn0.5Fe0.5Ba0.10.93.35 Sn0.5Fe0.5Al0.10.92.5 Sn0.8Fe0.2Ca0.10.93.35 Sn0.3Fe0.7Ba0.10.93.35 Sn0.9Mn0.1Mg0.10.93.35 Sn0.2Mn0.8Mg0.10.93.35 Sn0.7Pb0.3Ca0.10.93.35 Sn0.2Ge0.8Ba0.10.93.35 Sn0.5Mn0.5Cs0.2Si0.42.7
【0055】MnK0.1Al0.10.93.45 GeRb0.2Al0.10.93.5 PbCs0.1Al0.10.93.45 FeBa0.1Al0.2Si0.43 SnSiB0.130.13Al0.252.9 SnSiB0.25Al0.383.94 SnSi1.330.130.13Al0.334.83 SnSiB0.130.13Al0.25Mg0.134.0 SnSiB0.130.13Al0.25Na0.133.94 SnSiB0.25Al0.25Mg0.133.5 SnSiB0.25Al0.250.063.5
【0056】以上示した化合物を負極材料として用いる
ことにより、より充放電サイクル特性の優れた、かつ高
い放電電圧、高容量の非水二次電池を得ることができ
る。
【0057】上記化合物を含む負極材料を用いることに
より、高容量で且つサイクル性の良い電池をつくること
ができる。しかしながら、これらの高容量の電池は、強
制放電等の誤使用により起因した外部短絡等により異常
電流が流れ、内部温度の著しい上昇や内容物の噴出や電
池缶の破裂などの事故を起こすことがある。これらを防
止するため、安全弁の組み込みや、正温度係数素子(P
TC)などの電流遮断素子の組み込みなどの工夫がされ
ているが、発熱に対しては本質的な解決になっていな
い。安全性の向上のために上記の負極材料と以下に記載
するセパレーターとを組み合わせて用いるのが好まし
い。
【0058】セパレーターとしては、大きなイオン透過
度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の微多孔ま
たは隙間のある材料が用いられる。更に安全性向上のた
めには、80℃以上で上記の隙間を閉塞して抵抗をあ
げ、電流を遮断する機能を持つことが必要である。これ
らの隙間の閉塞温度は90℃以上180℃以下、より好
ましくは110℃以上170℃以下である。
【0059】隙間の作り方は、材料によって異なるが公
知のいずれの方法であっても良い。多孔質フィルムの場
合には、孔の形状は通常円形や楕円形で、大きさは0.
05μmから30μmであり、0.1μmから20μm
が好ましい。更に、延伸法、相分離法で作った場合のよ
うに、棒状や不定形の孔であっても良い。布の場合は、
隙間は繊維間の空隙であり、織布、不織布の作り方に依
存する。これらの隙間のしめる比率すなわち気孔率は2
0%から90%であり、35%から80%が好ましい。
【0060】セパレーターは、5μm以上100μm以
下、より好ましくは10μm以上80μm以下の微多孔
性のフィルム、織布、不織布などの布である。
【0061】セパレーターは、エチレン成分を少なくと
も20重量%含むものが好ましく、特に好ましいのは3
0%以上含むものである。エチレン以外の成分として
は、プロピレン、ブテン、ヘキセン、フッ化エチレン、
塩化ビニル、酢酸ビニル、アセタール化ビニルアルコー
ルが挙げられ、プロピレン、フッ化エチレンが特に好ま
しい。
【0062】微多孔性のフィルムは、ポリエチレン、エ
チレンープロピレン共重合ポリマーやエチレン−ブテン
共重合ポリマーからなるものが好ましい。さらに、ポリ
エチレンとポリプロピレン、ポリエチレンとポリ4フッ
化エチレンを混合溶解して作ったものも好ましい。
【0063】不織布や織布は、糸の径が0.1μmから
5μmで、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合
ポリマー、エチレン−ブテン1共重合ポリマー、エチレ
ン−メチルブテン共重合ポリマー、エチレン−メチルペ
ンテン共重合ポリマー、ポリプロピレン、ポリ4フッ化
エチレン繊維糸からなるものが好ましい。
【0064】これらのセパレーターは、単一の材料であ
っても、複合材料であっても良い。特に、孔径、気孔率
や孔の閉塞温度などを変えた2種以上の微多孔フィルム
を積層したもの、微多孔フィルムと不織布、微多孔フィ
ルムと織布、不織布と紙など異なる形態の材料を複合し
たものが特に好ましい。
【0065】セパレーターは、ガラス繊維、炭素繊維な
どの無機繊維や、二酸化珪素、ゼオライト、アルミナや
タルクなどの無機物の粒子を含んでいても良い。更に空
隙や表面を界面活性剤で処理して親水化したものでも良
い。
【0066】以下、負極材料とセパレーターを用いて、
非水二次電池を作るための他の材料と、製造方法につい
て詳述する。
【0067】非水二次電池に用いられる正・負極は、正
極合剤あるいは負極合剤を集電体上に塗設して作ること
が出来る。正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活
物質あるいは負極材料のほか、それぞれに導電剤、結着
剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各
種添加剤を含むことができる。
【0068】酸化物の正極活物質あるいは負極材料の表
面を、用いられる正極活物質や負極材料と異なる化学式
を持つ酸化物で被覆することができる。この表面酸化物
は、酸性にもアルカリ性にも溶解する化合物を含む酸化
物が好ましい。さらに電子伝導性の高い金属酸化物が好
ましい。例えば、PbO2 、Fe2 3 、SnO2 、I
2 3 、ZnOなどやまたはこれらの酸化物にドーパ
ント(例えば、酸化物では原子価の異なる金属、ハロゲ
ン元素など)を含ませることが好ましい。特に好ましく
は、SiO2 、SnO2 、Fe2 3 、ZnO、PbO
2 である。これらの表面処理に使用される金属酸化物の
量は、該正極活物質・負極材料当たり、0.1〜10重
量%が好ましく、0.2〜5重量%が特に好ましく、
0.3〜3重量%が最も好ましい。
【0069】また、このほかに、正極活物質や負極材料
の表面を改質することができる。例えば、金属酸化物の
表面をエステル化剤により処理、キレート化剤で処理、
導電性高分子、ポリエチレンオキサイドなどにより処理
することが挙げられる。
【0070】正極活物質は可逆的にリチウムイオンを挿
入・放出できる遷移金属酸化物でも良いが、特にリチウ
ム含有遷移金属酸化物が好ましい。好ましいリチウム含
有遷移金属酸化物正極活物質としては、リチウム含有T
i、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、
Wを含む酸化物があげられる。またリチウム以外のアル
カリ金属(周期律表の第IA、第IIAの元素)、及び
またはAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、B
i、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量は遷移
金属に対して0〜30モル%が好ましい。
【0071】より好ましいリチウム含有遷移金属酸化物
正極活物質としては、リチウム化合物/遷移金属化合物
(ここで遷移金属とは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、
Co、Ni、Mo、Wから選ばれる少なくとも1種)の
合計のモル比が0.3〜2.2になるように混合して合
成することが好ましい。
【0072】特に好ましいリチウム含有遷移金属酸化物
正極活物質としては、リチウム化合物/遷移金属化合物
(ここで遷移金属とは、V、Cr、Mn、Fe、Co、
Niから選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が
0.3〜2.2になるように混合して合成することが好
ましい。
【0073】特に好ましいリチウム含有遷移金属酸化物
正極活物質とは、Lix QOy (ここでQは主として、
その少なくとも一種がCo、Mn、Ni、V、Feを含
む遷移金属であり、x=0.2〜1.2、y=1.4〜
3)である。
【0074】
【実施例】以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。
【0075】(実施例1)特願平9−125471号記
載の方法によって、下記組成の非晶質複合酸化物を溶融
合成し、固化させ取り出した後、さらにこれを粉砕機を
用いて、平均粒径約10μmの粒子に粉砕した。
【0076】Sn0.8 SiO2.8 容積5リットルの断熱容器に上記粉末を1kg挿入し、
ドライアイス・アセトンで冷却した後、これに液体アン
モニアを約3リットル加えた。
【0077】容器上部には液化アルゴンを通じ、トラッ
プを通じて排気しつつ、容器上部の投入口から合計 8
2.0gの金属リチウム片を約10分間で投入した。投
入中及び投入後2時間にわたって攪拌を継続した。Li
投入直後に液は青色を呈し、ついで時間とともに消色し
た。
【0078】2時間後に、容器底の排出口からアンモニ
アを排出し、次いで容器を約30℃に加熱して残留アン
モニアを除去したところ、黒褐色の粉末が負極材料Aと
して得られた。
【0079】得られた負極材料Aを下記組成の塗布液と
し、10μm厚の銅箔の集電体シート上に塗布した。P
VDFは、ポリフッ化ビニリデンである。
【0080】
【0081】得られた負極シートを、15mmφに打ち
抜き、対極(正極)としてLi−Al合金電極を用い、
1M−LiPF6 を含む炭酸エチレン(EC)/炭酸ジ
エチル(DC)(容量比20/80)電解質溶液を用い
たコイン電池1を作成した。
【0082】また比較用として、Li−アンモニア処理
を行わず、粉砕後の粉末を負極材料Bとして得て、上記
と同様にして集電体シート上に塗布して、比較用の電池
2を作成した。
【0083】それぞれの電池について、充電と放電の容
量(第一サイクル)を調べた結果を〔表1〕に示した。
【0084】
【表1】 充電カット電圧:0.9 V 充放電電流:2mA 放電カット電圧:0.10V
【0085】〔表1〕に示されるように、負極材料A
は、放電容量が高く、且つ初回充放電における不効率が
大幅に低減した優れた性能を示すことが判る。
【0086】粉末を、Li−アンモニア処理した負極材
料を作成することにより、高い充放電効率が得られた。
【0087】(実施例2)テトラエトキシシラン0.0
5モル、テトラエトキシ錫(IV)0.05モル、及び
ジメチルホルムアミド(DMF)5mlを混合し、これ
にメタノール5ml、水5ml及び0.001%のアン
モニア水1mlの混合液を、攪拌しつつゆっくり滴下し
た。
【0088】この液を40℃に保温して8時間放置し、
その後更に70℃まで昇温して8時間放置して熟成させ
た後、得られた含水ゲルをデカンテーションで分離し、
次いで濾過し3回水洗した。120℃で12時間、30
0℃で3時間乾燥させて得られた塊状のガラスを粉砕機
により、平均粒径が約10ミクロンの粉体に粉砕した。
【0089】同様に、〔表2〕に示すゾル形成化合物を
用い、同様の工程でそれぞれのガラス粉末c、d、eを
得た。
【0090】
【表2】
【0091】上で得られた粉末c、d、eを実施例1記
載の方法と同じく、液体アンモニアを溶媒として、それ
ぞれSnに対して2倍当量の金属リチウムと反応させる
ことで、負極材料C、D、Eを得た。
【0092】得られた負極材料C、D、Eを、正極がL
iMnO4 である以外は実施例1と同じ方法により塗布
し、コイン電池11、12、13を組み立てた。
【0093】また比較例として、それぞれの未処理のガ
ラス粉末c、d、eを負極材料C’、D’、E’として
電池14、15、16、一般式(1)の範囲外の組成で
ある酸化第一錫を上記と同じくLiの液体アンモニア溶
液で処理して作成した粉末を負極材料Fとして電池17
を作成した。
【0094】これらについて、実施例1と同じく、第一
充電の充放電効率と、サイクルに伴う容量維持率の変化
を測定した結果を〔表3〕に示す。
【0095】負極材料C’、D’、E’では第一充放電
効率が低いのに対して、負極材料C、D、Eでは高い充
放電効率が得られることがわかる。負極材料を形成する
ための粉末を液体アンモニアを溶媒として金属リチウム
と反応させることにより、高い充放電効率が得られた。
また、負極材料Fは、一般式(1)の範囲外の酸化物を
用いるために容量維持率が低くなった。負極材料C、
D、Eは、一般式(1)の酸化物を原料とするため、容
量維持率が高くなり、好ましい。
【0096】
【表3】
【0097】(実施例3)実施例1と同様にして、処理
された負極材料AとBを調製した。また、負極材料Aを
引き続いてアルゴン気流中で、密閉容器に収納・封入し
たのち、230℃で5時間加熱して得た負極材料A”を
得た。これらの負極材料A、A”を用いて、以下により
シリンダー電池を作成した。
【0098】良く乾燥させたN−メチルピロリドンを用
いて、実施例1記載の塗布液を調製しこれをを厚さ18
μmの銅箔(集電体)の両面に塗布し、乾燥後カレンダ
ープレス機により圧縮成型し、所定の幅、長さに切断し
て帯状の負極シートを作製した。負極シートの合剤厚み
は44μmであった。
【0099】正極活物質として、LiCoO2 92重量
%に、アセチレンブラック3重量%、さらに結着剤とし
てポリテトラフルオロエチレン1重量%、炭酸リチウム
1重量%を加え、N−メチルピロリドンを媒体として混
練してスラリーを得た。得られたスラリーを厚さ20μ
mのアルミニウム箔(集電体)の両面に上記と同じ方法
で塗布、乾燥、プレス、切断した。そして、合剤厚み2
20μmの帯状正極シートを作製した。
【0100】上記負極シートおよび正極シートのそれぞ
れの端部にニッケル、アルミニウムのリード板をスポッ
ト溶接した後、正極シートは露点−40℃以下の乾燥空
気中で、負極シートは露点−40℃以下の乾燥窒素ガス
中でそれぞれ、230℃30分加熱乾燥した。さらに、
図1に示すように、乾燥済み正極シート35、微多孔性
ポリプロピレンフィルムセパレーター21、乾燥済み負
極シート36およびセパレーター22の順で積層し、こ
れを巻き込み機で渦巻き状に巻回した。
【0101】この巻回体を、負極端子を兼ねるニッケル
メッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶11に収納し
た。さらに、電解質として1mol/lのLiPF
6 (エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの
2:8容量混合液)を電池缶11に注入した。正極端子
を有する電池蓋12をガスケット13を介して電池缶1
1にかしめて円筒型電池を作製した。なお、正極端子1
2は正極シート35と、電池缶11は負極シート36と
あらかじめリード端子により接続した。なお、符号14
は安全弁である。充放電条件は、4.2〜2.8V、1
C(1時間率の電池容量)とした。
【0102】この充放電条件で充放電を繰り返し、サイ
クルに伴う容量維持率の変化を測定した結果を〔表4〕
に示した。
【0103】〔表4〕で判るように、金属リチウムにア
ンモニア液で処理することにより、サイクルに伴う容量
維持率の低下が少ないこと、及びこの処理に引き続いて
加熱処理を行うことで、更なる性能の向上がはかれるこ
とが判る。
【0104】
【表4】
【0105】
【発明の効果】本発明によれば、所定の酸化物を含チッ
ソ塩基性溶媒と金属リチウムとから得られる液で処理す
ることにより、初回の充放電効率が高く、充放電サイク
ル特性が優れた電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリンダ型電池の断面図である。
【符号の説明】 35 正極シート 36 負極シート 11 電池缶 12 電池蓋 13 ガスケット 14 安全弁 15 電解液 16 PTC素子

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 錫、亜鉛、鉛、ゲルマニウム、珪素から
    選ばれる機能元素の少なくとも1種を含有する酸化物を
    含チッソ塩基性溶媒と金属リチウムとから得られる液で
    処理することを特徴とする、非水電解質二次電池用負極
    材料の製造方法。
  2. 【請求項2】 錫、亜鉛、鉛、ゲルマニウムから選ばれ
    る機能元素の少なくとも1種を含有する非晶質複合酸化
    物を含チッソ塩基性溶媒と金属リチウムとから得られる
    液で処理することを特徴とする、非水電解質二次電池用
    負極材料の製造方法。
  3. 【請求項3】 該含チッソ塩基性溶媒が、液体アンモニ
    ア、ピリジン、エチレンジアミンであることを特徴とす
    る、請求項1記載の負極材料の製造方法。
  4. 【請求項4】 該酸化物が次の一般式(1)で表される
    非晶質複合酸化物であることを特徴とする請求項1、
    2、3のいずれかに記載の負極材料の製造方法。 SnM2 a 3 b 4 c z 一般式(1) 式中、M2 は周期律表第1族元素、第2族元素から選ば
    れる少なくとも1種を、M3 はAl、B、P、Siから
    選ばれる少なくとも1種を、M4 はハロゲン元素から選
    ばれる少なくとも1種を表す。aは0以上0.5以下の
    数、bは0.5以上2以下の数、cは0以上0.5以下
    の数を表す。
  5. 【請求項5】 該含チッソ塩基性溶媒が液体アンモニア
    である請求項4に記載の負極材料の製造方法。
  6. 【請求項6】 さらに、該処理後に加熱して含チッソ塩
    基性溶媒を留去する請求項1から5のいずれかに記載の
    負極材料の製造方法。
  7. 【請求項7】 該加熱の温度は40℃〜400℃である
    請求項6記載の負極材料の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1から7記載の製造方法により製
    造される負極材料を用いたリチウム非水電解質二次電
    池。
JP9179943A 1997-07-04 1997-07-04 非水電解質二次電池用負極材料の製造方法と電池 Withdrawn JPH1125978A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9179943A JPH1125978A (ja) 1997-07-04 1997-07-04 非水電解質二次電池用負極材料の製造方法と電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9179943A JPH1125978A (ja) 1997-07-04 1997-07-04 非水電解質二次電池用負極材料の製造方法と電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1125978A true JPH1125978A (ja) 1999-01-29

Family

ID=16074667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9179943A Withdrawn JPH1125978A (ja) 1997-07-04 1997-07-04 非水電解質二次電池用負極材料の製造方法と電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1125978A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010027616A (ja) * 1999-06-30 2010-02-04 Panasonic Corp 非水電解液二次電池および非水電解液二次電池の充電制御システムおよびこれを用いた機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010027616A (ja) * 1999-06-30 2010-02-04 Panasonic Corp 非水電解液二次電池および非水電解液二次電池の充電制御システムおよびこれを用いた機器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4524339B2 (ja) リチウム二次電池用正極活物質の製造方法
EP1291941B1 (en) Active material for battery and method of preparing the same
JP3691279B2 (ja) リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法、及びリチウム二次電池
JP4574877B2 (ja) リチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法
EP1787341B1 (en) Electrode active material with multi -element based oxide layers and preparation method thereof
JP5879761B2 (ja) リチウム複合化合物粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池
US7316865B2 (en) Active material for lithium secondary battery and method of preparing active material
EP3550643A1 (en) Nickel active material precursor for lithium secondary battery, method for producing nickel active material precursor, nickel active material for lithium secondary battery produced by method, and lithium secondary battery having cathode containing nickel active material
EP0918041A1 (en) Lithium/nickel/cobalt composite oxide, process for preparing the same, and cathode active material for rechargeable battery
JP4045600B2 (ja) 非水二次電池
JP3546798B2 (ja) 非水電解質二次電池と該電池用合金およびその製造方法
JP2015512130A (ja) リチウム二次電池用電極活物質及びその製造方法
US6183908B1 (en) Negative electrode material for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery comprising same negative electrode material
JPH08130011A (ja) 非水二次電池
JP3622631B2 (ja) 非水電解質二次電池とその負極材料および該材料の製法
JP4868677B2 (ja) ドープされた酸化タングステンを含む電極組成物及びその製造方法
CN115084508A (zh) 正极活性材料、电池及其制备方法
WO2020230424A1 (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質及び非水電解質二次電池用正極
JP4013327B2 (ja) 非水二次電池
JP3579989B2 (ja) 非水二次電池
JP3622629B2 (ja) 非水電解質二次電池用負極材料の製造方法
CN117174849A (zh) 掺杂有锂的硅基负极活性物质、其制备方法、其后处理方法、包含其的负极和二次电池
KR102581795B1 (ko) 폐-양극 활물질을 이용한 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법
JPH1125978A (ja) 非水電解質二次電池用負極材料の製造方法と電池
JP3579949B2 (ja) 非水二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20040907