JPH11509959A - リチウムイオン電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、遷移金属、非水電解液からなるリチウム含有カルコゲン混合物を有する正電極と、セパレータによって絶縁されている炭素含有負電極とからなるリチウムイオン電池に関し、電池は、リチウム金属又はリチウム合金を、電極から空間的に分離された形式で含み、リチウム金属又はリチウム合金は、電極の電流導出部との接続部と、電解液を介しての、電極へのイオン接続部とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】 リチウムイオン電池 本発明は、リチウムイオン電池であって、遷移金属、非水電解液を有するリチ ウム含有カルコゲン混合物を含む正電極と、セパレータ絶縁された炭素含有負電 極とを有するリチウムイオン電池に関する。 刊行物Ｊ．Ｍ．Ｔａｒａｓｃｏｎ及びＤ．Ｇｕｙｏｍａｒｄ，Ｅｌｅｃｔｒｏ ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ，Ｖｏｌｕｍｅ ３８，Ｎｏ．９，１２２１−１２４ １頁（１９９３）から、上述のタイプのリチウムイオン電池は、最初の充放電サ イクル後、リチウムイオンの非可逆欠損（容量の２５−５０％もの欠損を生じる ）を被ることが公知である。リチウムイオンは、この場合、負電極の（カーボン を含む）活性材料によって結合されている。この容量欠損を補償するために、ｎ ブチルリチウム又はリチウムヨウ化物を負電極に付加することによってリチウム イオン貯蔵部を設けることが既に提案されている。つまり、電解液、不純物又は カルコゲン混合物内の電荷での反応によって失われたリチウムイオンの欠損は、 このようにして補償しようとされている。 刊行物ヨーロッパ特許公開第２０１０３８号公報には、負乃至正の電極をリチ ウムイオンでドーピングす ることが提案されている。このドーピング後、正の電極の放電容量は、有利には 、負の電極の放電容量よりも１．１〜３倍の大きさである。更に、刊行物米国特 許公開第号５１６２１７６公報から、非可逆リチウム欠損の補償のために、カー ボンを含む負の電極に対して、電極質量の重さで１〜６％もの量のリチウムを予 め付加することが公知である。この公知リチウムイオン電池は、空気中で扱われ た場合の（リチウムが電極の活性材料に付加された結果として）腐食反応に敏感 である。この公知イオン電池を製造するのに、複雑でコスト高な乾燥室方式を使 う必要がある。 刊行物、米国再発行特許第３３３０６号公報から公知の電池は、カーボンを含 むアノード材料と直接接触しているリチウム金属によって、反応性が非常に高く て、生産コストが大きい混合物になる。 本発明は、非可逆に結合されたリチウムイオンによって生じる容量の欠損が低 く、それと同時に、それにも拘わらず、容易に製造することができるリチウムイ オン電池を提供するという目的に基づいている。 本発明によると、この目的は、電池は、リチウム金属又はリチウム合金を、電 極から物理的に分離された形式で含み、前記リチウム金属又はリチウム合金は、 電極のメインリード用の接続部を有しており、及び、電解液を介しての、前記電 極用のイオン接続部を有しているようにすることによって達成される。電解液に よって電極に接続されたリチウム金属、又は、リチウム合金は、リチウムイオン の貯蔵部を構成し、これは、非可逆な反応の結果としての欠損であり、従って、 電池内の容量の欠損となる。金属リチウム又はＬｉＡｌのようなリチウム合金を 用いることは、生産時に容易に処理することができる。付加的に、電解液との反 応の結果として、リチウムイオン電池の寿命の間のみ生じる変化に関して、リチ ウム貯蔵によって補償することができる。つまり、同様のことが、リチウムイオ ン消費及び活性電極材料の放出容量での変化に対して適用される。リチウム合金 内で利用可能なリチウム金属又はリチウムの量は、有利には、電池内で理論的に 繰り返すことができるリチウムの２０〜５０％に相応するようにされている。リ チウム又はリチウム合金の量を、提案された数量に選定した結果、総量でｍＡｈ ／ｇとして表現されたリチウムイオン電池の容量が幾らか低減するのを低くして おくことができる。リチウム貯蔵は、有利には、元素リチウム金属又はリチウム 合金は、ディスク又はフィルムとして電池内に含まれているようにして、リチウ ムイオン電池内に装着されている。複数電極を有しているプリズム状の電池又は ロール型電池では、リチウムディスク又はフィルムは、有利には、コンテナベー ス上に配置されている。本発明のリチウムディスク又はフィルムの構成により、 リチウムイオンを実質的に一層均一に分布させること ができるようになる。リチウムを有するカルコゲン混合物Ｌｉ_xＭｎ_yＯ_z，Ｌｉ_x ＣｏＯ₂又はＬｉ_xＮｉＯ₂は、有利には、カソード用の活性材料として使用され 、カーボン含有量＞９９．５％で、層構造のカーボン材料は、有利には、アノー ド用の活性材料、０．５〜２０ｍ²／ｇのＢＥＴ特定面及び０．３３５〜０．３ ３９ｎｍの層分離ｄ₀₀₂を有するカーボン材料として使用される。 本発明のリチウムイオン電池は、非充電電極とリチウム金属又はリチウム合金 が、電池内に装着され、それから、この電池が電解液で充填されてシールされる 。 初回充電以前、電池は、有利には、１０日間吸蔵されている。リチウム金属又 はリチウム合金と負の電極材料（カーボンを含む）との電位差乃至この場合負の 電極のカルコゲン（リチウムを含む）によって、リチウムイオンが非可逆に結合 される点に移るようにされる。電極は、有利には、吸蔵時間サイクルの間短絡接 続され、その結果、両電極は、電気的に、リチウム金属又はリチウム合金に接続 される。 初回充電後、公知電池では、元の充電の５０％迄も容量が欠損されていたのを 、本発明の電池では、約５〜１０％に低減することができる。 本発明のリチウムイオン電池について、ロール型電池の例及び図１を用いて一 層詳細に説明する。 図１には、比較電池（１）と本発明のリチウムイオン電池（２）の容量［Ｃ］ が、サイクル［ｎ］の数の関数として示されている。 比較例： ３．２５ｇのＬｉＭｎ₂Ｏ₄が、１５ｍｇのカーボンブラックと１０ｍｇのポリ アクリレイトのバインダを有する水の中に分散されている。この分散されたもの が、２０μｍ厚のアルミニウムホイルに塗布され、乾燥され、巻き取られて、３ ４×３．８５×０．０１７５ｃｍの寸法の正の電極が製造される。 ９５０ｍｇのグラファイト粉末が、水の中に、５０ｍｇのバインダと共に分散 されて、１５μｍ厚の銅箔に塗布され、乾燥され、巻き取られて、３４×３．８ ５×０．０７５ｃｍの寸法の負の電極が形成される。 ２つの電極は、一方の電極が他方の電極の上に基底面が面するように配置され ていて微多孔質ポリプロプレン薄膜によって分離され、巻き取られていて、直径 １３ｍｍ、長さ４２ｍｍのロール体を形成する。 このロール体は、電池コンテナ（サイズＡＡ）内に挿入され、負の電極は、こ のコンテナに接続され、正の電極は、電池の上の電極導入部に接続されている。 それから、この電池は、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの５０： ５０％の容積混合比からなる０．５ｇの電解液で充填され、シールされる。３． ３〜４．３Ｖの電圧領域内で約２５０ｍＡでのサイク ルが、充放電電流７５ｍＡで実行される。［ｓｉｃ］ 例１： 本発明のリチウムイオン電池は、比較例と同様に製造され、相違点は、直径１ ２ｍｍで厚さ０．５ｍｍのリチウムディスクが電池コンテナのベース内に挿入さ れている。このリチウムディスクは、電池コンテナを介して、負の電極に短絡接 続されている。電池は、サイクリングの前に、一週間の間吸蔵されていた。 図１は、比較リチウムイオン電池（１）と本発明のリチウムイオン電池（２） との間で繰り返すことができる容量［Ｃ］の比較を示す。本発明のリチウムイオ ン電池で繰り返すことができる容量は、比較電池（１）の容量よりも約２０％大 きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．リチウムイオン電池であって、遷移金属、非水電解液を有するリチウム含有 カルコゲン混合物を含む正電極と、セパレータ絶縁された炭素含有負電極とを有 するリチウムイオン電池において、電池は、リチウム金属又はリチウム合金を、 電極から物理的に分離された形式で含み、前記リチウム金属又はリチウム合金は 、電極のメインリード用の接続部を有しており、及び、電解液を介しての、前記 電極用のイオン接続部を有していることを特徴とするリチウムイオン電池。 ２．リチウム合金内に含まれているリチウム金属又はリチウムの量は、電池内で 理論的にサイクリングすることができるリチウムの２０〜５０％に相応する請求 項１記載のリチウムイオン電池。 ３．リチウム金属又はリチウム合金は、電池内にディスク又はフィルムとして含 まれている請求項１及び／又は２記載のリチウムイオン電池。 ４．リチウムディスク又はフィルムは、複数の電極又はロール型電池を含むリチ ウムイオン電池。 ５．Ｌｉ_xＭｎ_yＯ_z，Ｌｉ_xＣｏＯ₂又はＬｉ_xＮｉＯ₂は、リチウムを含むカルコ ゲン混合物として使用される請求項１から４までのいずれか１項記載のリチウム イオン電池。 ６．カーボン含有量＞９９．５％を有するカーボン材料及び層化構造は、負電極 用の活性材料（カーボンを含む）として使用されており、前記カーボン材料は、 ０．５〜２０ｍ²／ｇのＢＥＴ特定表面領域及び０．３３５〜０．３３９ｎｍの 層分離部ｄ₀₀₂を有している請求項１から４までのいずれか１項記載のリチウム イオン電池。 ７．充電されていない電極とリチウム金属又はリチウム合金は、電池に装着され ており、それから、該電池は、電解液で充填されてシールされる請求項１から６ までのいずれか１項記載のリチウムイオン電池の製造方法。 ８．電池は、最初に充電される以前１０日迄に吸蔵される請求項７記載のリチウ ムイオン電池。 ９．電極は、吸蔵時間サイクルの間、短絡接続されており、その結果、両電極は 、電気的にリチウム金属又はリチウム合金に接続されている請求項７又は８記載 のリチウムイオン電池。