JPS595570A - 非水性電池用リチウムハロゲン化物添加剤 - Google Patents

非水性電池用リチウムハロゲン化物添加剤

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JPS595570A
JPS595570A JP58105636A JP10563683A JPS595570A JP S595570 A JPS595570 A JP S595570A JP 58105636 A JP58105636 A JP 58105636A JP 10563683 A JP10563683 A JP 10563683A JP S595570 A JPS595570 A JP S595570A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、リチウム負極と、液状有機電解質と、ＦｅＳ
２またはＭｎ０２などの活性正極とを使用した非水性車
池に対して、そのバルヌ放軍における遡圧水ｍｌ改良す
る目的でリチウムハロゲン化物を添加する方法に関する
ものである。
発明の背景 パッテリは、ラジオ、補聴器、腕時計、計算機及び類似
物などの多くのポータブル型の邂子装置の一次重源と力
った。これらの電子装置の多くは最吐亀田水撫で作動す
るように設計され、従って比較的安定な電圧出力を出す
ことのできる酸源を必要とする。腕時計などの由子装置
の一部は、安定水菰でバルヌ電圧出力を出すことのでき
る電源によって作励するように設計されている。非水性
リチウム■池は一般にそのバルヌ放竃中に十分に高い電
圧金保持することができず、従ってこの種の電池は若干
の場合には腕時計などの電子装置を作動させるには不適
当であることが見られた。この問題は、リチウム上の不
動態化フイルムの存在によってリチウム負極の分極が生
ξることが原因であると考えられる。故に、リチウム電
池をバルヌ放電する際に、イオンを負極へまた負極から
比較的自由に移動させる程度に前記のフイルムが破壊さ
れるまで、車圧が低下する。イオン流の増大によって竃
流が増大するに従って、電圧は定笥または安定水醜に近
接するように上昇し始める。負荷放竃中に安定電圧を得
る際のこの様な遅れは、電池が低湛でバルヌ放砥される
ときに最も明白であり、また室湛またはこれ以上の懸夷
で開路貯蔵されることによって重大となる。
非水性リチワム車池などの邂池についてのもう１つの，
問題は、これらの電池が最初に作られたときに、その開
路寛圧（Ｏａ．Ｖ）がエージングののちに得られる平衡
ＯＣＶよりも一般にはるかに高いことである。これは、
一般に活性正極に結合した不純物の自己放車によるもの
と考えられる。例えば、Ｌｉ／ＦｅＳ２［ｉ池におｌ／
−ｔ−ｒ、初ｏｃｖは８ボルト以上となることがあるが
、財湛で約１年貯蔵ののちに約Ｌ８ボル計の水迩まで低
下するであろう。Ｌｉ／ＦｅＳ２慮池の公称００Ｖ水醜
は一般に約１，５ポル１であるから、もしそのＯＯＶが
よシ急速に約１．８ボルｉに安定されうるならば有利で
あろう。正極中の不純物の存在による高い初ＯＣＶを低
下させる１つの方法は、クローネンペルクニ発行された
米国特許第４，１６８，８２９号に開示されたように正
極に対して亜鉛などの還元性金属添加剤を添加するにあ
る。この添加剤は高電位不純物を効果的に減少させ、こ
のようにして甫池のＯａｖｌよ９急速に平衡水醜に到達
させる。このように平衡ＯＣＶあるいは安定ＯａＶを急
速にうろことは、電池の製造後早期に車池を使用するこ
とができるが故に重要なことである。
従って本発明の目的は、特に低湛において改良されたパ
ルス電圧出力を有する非水性リチヮム電池を提供するに
ある。
本発明の曲の目的は、製造後に急速に平衡ＯＣＶ水迩に
達することのできる非水性リチヮム電池を提供するにあ
る。
本発明の也の目的は、特に低渦において改良されたバル
ヌ電．圧出力金有し，また製造後に急速に平衡ＯａＶ水
准に達することのできるＬｉ／Ｆｅ８２電池を提供する
にある。
本発明の曲の目的は、特に低幅において改良されたバル
ヌ亀圧出力を有しｉた製造後に急速に平衡００Ｖ水準に
達することのできるＬｉ／Ｍｎ０２を提供するにある。
本発明の更に池の目的は、特に低渦における電池のバル
ヌ放電に際しての亀圧水旭ヲ向上させ、製造後に〒衡Ｏ
ＣＶ水侃に達するために必要とされる時間を短縮させる
ためにリチヮムハロゲン化物添加剤を含有する非水性リ
チヮム市池を提供するにあ−る。
前記の目的及び也の目的は下記の説明から更に明白とな
ろう。
発明の要約 本発明は、リチワム負極と、鉄硫黄含有正極およびＭｎ
０２含有正極から々るグループから選ばれた活性正極と
、液状有機電解質とを含む非水性亀池において、特に低
幅における電池のパルス放電時の電圧水憔ヲ改良するた
め、少量の少なくともｌ穐のリチワムハロゲン化物を添
加した電池に関するものである。
リチウムハロゲン化物添加剤は、直接に電解質の中に溶
解し、及び／または負極薄膜として付着させ、及び／ま
たは正極中に含有させることができよう。本発明を実施
する好ましい方法は、リチウムハロゲン化物を直接に電
解質中に溶解するにある。開路電圧安定化のため、リチ
ウムハロゲン化物添加剤金竃解質に対して約０．００５
Ｍから２５Ｃにおける竃解質中の飽和濃度まで添加する
ことができる。好ましくはこの添加剤は、開路電圧安定
化とバルヌ放電の改良のため、約０．０７５モル（Ｍ）
と約０．２モル（Ｍ）の範囲の量を電解質に対して加え
る０とができる。リチウムハロゲン化物が負極上の薄膜
として付埼させられる場合，また／あるいは正極の中に
含有させられる場合、このようにして添加されるリチウ
ムハロゲン化物の量は、もし直接に！１１Ｍ質中に溶解
されれば前記の範囲となるであろう量着たけこれ以上で
なけれぱなら々い。リチウムハロゲン化物が正極に対し
て添加される場合、その量は電解質中に溶解される量よ
りも大となりうるものと了解されたい。またもしリチウ
ム添加剤が負極上に付着させられ、まｆＣ．／あるいは
正極に対して添加される場合、電解實中に溶解されるリ
チウムハロゲン化物の追加量は前記の最小量以下となシ
うるものと了解されたい。
理論によって拘束されるつもシはないが、入手されうる
熱力学的データから、負極上に形成される不動態化薄膜
がリチウムハロゲン化物薄膜によって直き換えられるの
ではなく、リチウムハロゲン化物が不ＭＷ化膜の形成を
抑止するものと考えられる。故に、かさ濃度は負極表面
濃度より小であると思われる。従って、負極の上に薄膜
とじて付着させられた場合よシも小量のリチウムハロゲ
ン化物が必要とされるの〒あろう。約０．０１Ｍのかさ
電解質濃度に等しいリチウムハロゲン化物の量が一部の
電池用途において適当であろう。一般的に、リチウムハ
ロゲン化物の量とこれを電池の中に含有させる方法は、
２５Ｃの電解質中において約０．０５Ｍ、好ましくは約
０．０７５Ｍからその飽オｕ状態までの電解質＃度によ
って得られるものに相当する負極表面濃度を生じること
ができるか否かにかかつている。
本発明において使用するに適したリチウムハロゲン化物
はＬｉＯｌ，Ｌ．ｉＦ，ＬｉＢｒ％ＬｉＩ及びその混合
物である。好ましい添加剤はＬｉｅｕである。
何故かならば、この塩化物のイ１在は負極上の不動熊化
薄膜の形成をよシ良く抑止するからである。
好ましくは，ＦｅＳ２またはＭｎ０２などの本発明にお
いて使用される正極は、黒鉛、カーボンまたは類似物な
どの導喝剤と混合され、甘た凝集性正極を生じるために
、ポリテトラフλオルエチレン、エチレンアクリル酸共
重合体または類似物などの結合剤と混合される。もし望
むならば、正極合剤の中に少量の電解質を含有させるこ
とができよう。
ＦｅＳ２／Ｌｉ電池は低ドレン放電中に（１２０ミリア
ンペア時容量に対して１５０Ｋ一オーム負荷）膨張する
が故に、本発明の主旨の範囲内において、放電中にＦｅ
８２ほどには膨張しない曲の固体正極活物質をＦｅＳ２
と混合する。１］』ち適当な組合せは下記の通シである
。
ＦｅＳ２＋ＯｕＯ， Ｆθ８２＋Ｂｉ２０Ｂ ＦｅＳ２＋ＰＤ２Ｂｉ２０５ ＦｅＳ２＋Ｐｂ３０４ ＦｅＳ２＋ＯｕＯ＋Ｂｉ２０Ｂ ＦｅＳ２＋ＯｕＯ＋Ｐｂ３０４ ＦｅＳ２＋ＯｕＯ＋Ｃ！０８２ Ｆｅ８２＋００８２ Ｆｅ８２＋ＯｕＯ＋Ｐｂ３０４ 本発明において使用される負極はリチウムであって、リ
チウムは亀池の中に簡単に組込むことのできる延性金楓
であることのほかに、電池の用途に適した負電極として
のエネルギー／重劃比の最高瞳の１つを有する。非水性
電池の電極としてリチウムを使用することの欠点は、リ
チウムの表面上に不動態化薄膜が形成されることである
。しかしながら、本発明により藺．池に対してリチウム
ハロゲン化物金添加することにより、リチウム負極の不
動憇化を低減させることができ、これによって電池のバ
ルヌ放竃における電圧水醜を向上させることができる。
非水性砥池と共に使用される好ましい溶媒は、２ルホラ
ン，クロトニ１リル、ニトロベンゼン、テ訃ラヒド口フ
ラン、１，８−ジオキソラン、８−メチル−２−オキサ
ゾリドン、プロピレン及ヒジエチレンヵーボネート、ガ
ンマープチロラク卜ン、エチレングリコールサルファイ
ト、ジメチルサルファイ１、ジメチルヌルホキシド、及
びｌ，ｌ一及び１．２−ジメｉキシエタンである。好ま
しい溶媒のうち最も良いのは、３−メチル−２−オキサ
ゾリドン、プロピレン及ヒエチレンヵーボネート，ｌ，
２−ジメトキシエタン及びｌ，８−ジオキソランである
。何故かならばこれらはバッテリー成分に対して曲より
化学的に不活性であυ、広い液状範囲を有するからであ
り、また特にこれらの化合物は正極物質の高度に有効な
利用を可能とするからである。
本発明において使用されるイオン化溶質は、１種または
複数の溶媒中に溶解されたときにイオン伝導性溶液を形
成する単塩または複塩またはその混合物、例えばＬｉｅ
（Ｆ３６０ｇまたはＬｉＯ１０４である。
有効な溶質は有＠または無機ルーイヌの酸と無機イオン
化性塩との錯体を含む。実用上の唯一の要件は、その塩
が単塩であれ複塩であれ、使用される単数または複数の
溶媒と相容性であって、十分にイオン伝導性の溶液を生
じることである。酸と塩基のルーイヌ概念または軍子概
念によれば、活性水素を含有しない多くの物質が酸また
は′亀子ダブレツートの受容体として作用することがで
きる。
基本概念は化学文献に記載してある（ジャーナルオブザ
フランクリンイ′ンぷ％ユー訃、１９８８年、７月／１
２月、第２２６巻、２９３〜３１３頁、Ｇ．Ｎ．ルーイ
ヌ論文）。
本発明において使用されるセバレータは電池シヌテムの
中において化学的に不活性また不溶性で力ければならず
，また液状電解質が透過して電，池の負極と接触し、負
極と正極との間にイオン伝導路を樹立することのできる
多孔度を有するものでなければならない。
電池の二部品容器ハウジングは不銹鋼、ニッケル、ニッ
ケルメッキ鋼、ニッケルクラツド鋼、または屯池物質と
接触した際に腐食またはその曲の形で劣化することのな
い前記以外の導車性物質とすることができる。
カバー部材と缶体との間に配置される絶縁部材は、甫池
成分に対して安定でなければならず、ボリテＩラフルオ
ルエチレン、フッ素化エチレンープロピレン車合体、エ
チレンとフッ素化エチレンープロピレンとの共重合体、
ボリクロル計りフルオルエチレン、バーフルオルーアル
コキシ重合体、ポリビニール、ポリエチレン、ボリプａ
ピレン，ボリヌチレン、ナイロンなどの物質から選定す
ることができる。
例１ リチウム５２ミリグラムの負極と，８２重量チのＦｅＳ
２，８重量係のアセチレンブラック．８Ｍｊｋチのポリ
テトラフルオルエチレンエマルジョン及び２重量チの亜
鉛を含有する湿欄合剤２７０ミｌＪグラムの正極と、約
４０容ｔ％のジオキソラン，約３０容量係のジメトキシ
エタン（ＤＭＥ），約３０容量係の８Ｍｅ２！ＯＸ，プ
ラヌ約０．２％のジメチルイソキサゾール（ＤＭ工）を
含みＵ，５ＭのＬｉＣＦ３ＳＯＢを含有する１８０ミＩ
ＪＩＪッｉルの電解質とを用いて数個の非水性菫池を製
造した。２個の電池、ＡとＢを対照車池として使用し、
池の２亀池、ＣとＤは電解質中にリツＩル当り０．２モ
ルのＬｉＯ１が含有されていた。これらの電池の開路竃
圧（ＯＣＶ）を測定し、表１に示した。このデータから
明らかなよう一に、ＬｉＯ’ｌｉ含有する電池の開路亀
圧は対照市，池よりも急速に安定した。
実施例２ ２゛庫池ロツドにおいて正極に対して亜鉛を添加しなか
ったことを除いて例１と同様にして数個の非水性電池を
作った。各′ｉｔ池の開路電１圧（ｏａＶをとり、各ロ
ツドにおいて８電池の平均閘、並びに各ロツドの菫．池
の最小ＯａＶと最犬ＯａＶを表２Ｋ示した。１３日間、
２１Ｃで貯蔵したのち、各ロットの亀池ヲ３０分以下、
１５Ｋ一オームの負荷を通して放電し．次にＩＫ一オー
ム負荷を通してバルヌ放電し、そこで閉路電圧（ＣａＶ
）を測定した。
各ロツドの８゛嘔池の平均ａａＶを算出し、各ロツドの
電池の最小ａａＶと最大ＣＣＶを共に表２に示した。こ
の表に示したデータは，ＬｉＯｌ添カＣ剤を使用した亀
池がこの添加剤を使用しない竃池よりも安定した咀池を
示すことを示している。
実施例８ 第８表に図示の様に亜鉛を含有しまたは含有せず，Ｌｉ
Ｏｌｉ含ゼしまたは含有しないで実施例２と同際にして
数種の非水性電池を作製した。
電池ロツｌ−Ａ，Ｂ，０，Ｄから各型の屯池６個づつを
１３日間に亘って開路電圧（ＯＣＶ）についてテ．７．
１−シ、そののち各ロツ訃０８市．池を更に７日間に暇
って開路電圧についてテヌトした。各ロットの電池の平
均ＯａＶを計珈．し、得られたデータを表４に示した。
例４ ２１．５ミリグラムのリチウムのアノードと、８２重竜
チのＦθＳ２、８重量係のアセチレンブラック、８重量
係のポリテトラフルオルエチノンエマルジョンおよび２
重量チの亜鉛を含有する湿潤合剤・１２４．４ミリグラ
ムの正極と、約４０容量俤のジオキソラン、約３０容ｉ
％のジメ訃キシエタン（ＤＭコ）、約３０容量チの８Ｍ
ｅ２０Ｋ、プラ７約０．２係のジメチルイソキサゾール
（ＤＭ工）全含みＬＭのＬｉＯＦＢＢＯＢを含有する０
．０８５ミリリットルの電解質とを使用して数種の非水
性電池を作った。活性正極物質が６２．８％のＦｅＥｔ
と２１．０％のＢｉ２ＯＢ２ の混合物であυ全体湿潤正極合剤が約１４０ミリグラム
であったことを除いて同一成分を使用して追加竃池會作
製した。これらの電池の開路亀圧を測定し、次に各ロッ
トの５Ｎ池の平均開路竃圧を算出し、１た最小および最
大開路電圧を観察した。
これらのデータを第５表に示す。各ロットの５車池を営
温で三週間貯蔵し、次にーｔｏＣで２Ｋオーム負荷を通
して放電した。重圧は８ミリ秒間と２秒間、観察された
。各ロットにおける５電池について平均ａＣＶ，平均最
小ａＯＶ，および平均最大ｃａｖｅ計算し、表５に示し
た。これらのデータは、前記の範囲において本発明の塩
化リチウム添加剤を使用した電池のパルヌ放電時の宣圧
水撫において得られる改良を示している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．リチウム負極と、液状有機電解質と、鉄硫黄含有正
    極およびＭｎ０２含有正極とから成るグループから選定
    された活性正極とを含む非水性電池において、少くとも
    一種のリチウムハロゲン化物を添加した電池。 ＆リチウムハロゲン化物は、ＬｉＯ１、Ｉ，ｉＦ、Ｌｉ
    Ｂｒ，Ｌｉ工とその混合物から成るグループから選定さ
    れる特許請求の範囲第１項による非水性電池。 ３．正極は、ＦｅＳ２と、ｃｕｏ，Ｂｉ２ＯＢ、ＰＣｌ
    ２Ｂｉ２０５Ｐｂ３０４およびＯｏＳ２がら成るグルー
    プから選定された少くとも一種の活物質とを含む特許請
    求の範囲第１項または第２項の非水性電池。 先活性正極中に導電剤および結合剤が含有される特許請
    求の範囲第１項または第２項による非水性電１池。
JP58105636A 1982-06-14 1983-06-13 非水性電池用リチウムハロゲン化物添加剤 Pending JPS595570A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US388478 1982-06-14
US06/388,478 US4450214A (en) 1982-06-14 1982-06-14 Lithium halide additives for nonaqueous cell systems

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JPS595570A true JPS595570A (ja) 1984-01-12

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JP58105636A Pending JPS595570A (ja) 1982-06-14 1983-06-13 非水性電池用リチウムハロゲン化物添加剤

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Country Link
US (1) US4450214A (ja)
EP (1) EP0102692A1 (ja)
JP (1) JPS595570A (ja)
KR (1) KR840005280A (ja)
AU (1) AU557303B2 (ja)
BR (1) BR8303081A (ja)
CA (1) CA1195725A (ja)
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