JPS6017871A - 充電可能な電池 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、移動用直流電源、バックアップ用電源などに
用いる充電可能な電池に関する。

従来例の構成とその問題点 従来、リチウムを負極の活物質とした高エネルギー密度
の電池、いわゆるリチウム電池としては、正極にフッ化
炭素とカーボンブラックとの混合体、あるいは二酸化マ
ンガンとカーボンブラック及び結着剤との混合体を用い
、負極にリチウム金属、電解液に過塩酸リチウム丑たは
ホウフッ化リチウムを溶かしたプロピレンカーボネート
やγ−ブチロラクトン、又はこれらと１．２ジメトキシ
エタン（以下ＤＭＥと呼ぶ）との混合溶液が用いられて
いる。しかしこの系の場合は一次電池としてであり、充
電は現段階ではできない状態である。

一方、充電可能な直流電源電池としては、活性炭素繊維
を正、負極に用い、過塩素酸アンモニウムを溶かしたプ
ロピレンカーボネートを電解液と３　−′ して用いた電池、あるいは活性炭素繊維を正極とし、負
極にリチウム金属、電解液に過塩素酸リチウムを溶かし
たプロピレンカーボネートとＤＭＥとの混合液を用いた
ものが発表されている。

これらは、電気二重層における電荷チャージを主にした
ものであるが、電池としての電気容量あるいは充放電サ
イクル寿命が必ずしも充分ではなく、そのもののもつ電
気抵抗が高いことなどから内部抵抗も高い。

さらに、これらは正極の活性炭繊維の装着法、あるいは
そのものの持つ電気抵抗が高いことなどにより、内部抵
抗を低くすることが困難であり、かつ充放電効率も良く
ないなど未だ改良すべき余地が多くあった。

発明の目的 本発明は、リチウム金属を負極に用いた充電可能な電池
において、電気容量が大きく、しかも充放電ザイクル寿
命を向」ニさせることを目的としたものである。

発明の構成 本発明は、」二記の目的を達成するため、活性炭粉末と
フッ素樹脂繊維との混合体を正極物質とし、その集電体
として金属ネット、ラス板、パンチングメタルを用い、
負極としてリチウム金属、電解液トシてプロピレンカー
ボネート、γ−ブチロラクトン、ＤＭＥからなる単量液
寸たは混合液を溶媒とし、これに過塩素酸リチウムある
いはホウフッ化リチウムの単体もしくは混合体を溶質と
して溶かしたものを用いるものである。

従来、この系に類似した系としては、前述したように活
性炭繊維／　Ｌ　Ｉ　ＣＬＯ４＋プロピレンカーボネー
）、ＤＭＥ／Ｌｉの系があるが、この場合にはシート状
の薄型活性炭繊維布を正極として用いている。しかしこ
れは表面積は大きいにも拘わらず、結着強度が小さく、
高密度化がしにくいという欠点を有しており、そのため
に、電気容量が小さく、充放電サイクル寿命に限界があ
った。

ところが本発明では、正極として活性炭粉末を７ノ素樹
脂繊維と混練し、均一に混合分散させているので、強度
が活性炭繊維単体よりもはるかに　ｌ− 大きい。寸だ、活性炭粉末のＢＥＴ法による表面積も、
約２０００ｍ”／Ｐ’ｔで任意に選択することができる
。さらに、フッ素樹脂繊維が混合されている場合、活性
炭の充填密度を加圧などによってかなり大きくしても、
活性炭粉末が脱落することもない。この点においては、
活性炭繊維の場合、仮にフッ素樹脂繊維と混練するとし
ても、均一な混合体が得難いし、シート状への成型も困
難である０このことから、本発明は従来の活性炭繊維布
にはみられない強度的にすぐれた活性炭の高密度充填シ
ートを正極に採用しているので、高電気容量。

長サイクル寿命が可能となるのである。

この正極の集電体として用いる金属は、有機電解液に対
する耐食性にすぐれるものを選ぶ必要があり、ニッケル
を含まず、クロムを２０重量％以上含んだステンレス鋼
、またはチタンが適当である。

また活性炭としては、微細な粉状で表面積の大きい方が
電気容量は大きくなる。

一方、フッ素樹脂繊維としては、最初から繊維６　・− 状のフッ素樹脂を用いるよりは、７ツ素樹脂微粉末を水
に分散させた水性ディスパージョンを活性炭と混練し、
その混練過程で７ノ素樹脂を繊維化し、分散させた方が
、」：り緻密にかつ均一に混合することができる。

実施例の説明 以下、実施例によって本発明を説明する。

（実施例１） 表面積が８００．１０００，１２００，１４００゜１６
００７７Ｚ２／　’ｌの各活性炭粉末をそれぞれ８０重
量部用意し、これとフッ素樹脂の水性ディスパージョン
（固形分比約６ｏ％）を固形分で２０重量部とを混練し
、２本のロールでシート成型した後、厚さ０．２胴のチ
タン製ラス板に転写した。そして１６０℃で２時間乾燥
した後、厚さ０．６胴にそろえ、直径１４胴のペレット
に打ち抜いた。このときのペレット重量はそれぞれ１ｏ
ｏｍｙであったＯこのようにしてえられたペレットを正
極とし、厚さ０．５　ｒｒａｎ　、大きさ１２Ｍのリチ
ウム金属を負極とし、セパレータとしてポリプロピレン
の不織布。

７　ｌ　− 電解液としてプロピｌノンカーボネートとＤＭＥとを容
積比１：１で混合し、この混合液に過塩素酸リチウムを
１モル／ｌの濃度添加したものを準備した。

これらの月利を用い、図に示すようなリチウム電池を作
った。その大きさは直径２０聴、厚さ１．６聴である。

まず、ポリプロピレンからなる絶縁封口リング１を、負
極端子を兼ねたステンレス鋼製封口板２と組み合わせ、
その開口部を上側に静置する。そして、封口板２の中に
リチウム金属からなる負極３を入れ、次に皿状セパレー
タ４を入れて前述した電解液を注液する。その後集電体
６を有するペレット状正極６をセパレータ４上に載せ、
クロムを２０重量部含有し、ニッケルを含寸ないステン
レス鋼からなる正極ケース７を封口リング１の外側にカ
ップリングし、ケース開口部を内側へかしめて封口する
。

このようにしてえられた電池を、活性炭の表面積の小さ
な順番よりＡ１〜Ａ６とする。

（実施例２） 表面積が１４００ｍ”　／　Ｐの活性炭８ｏ重前部と、
フッ素樹脂の水性ディバージョンの固形分で２０重量部
とを十分練合し、実施例１と同じ方法でペレット状正極
体をつくった。

そして、電解液として次の４種類を用意した。

（１）　γ−ブチロラクトンにＬｉＢＦ４を１モル／ｌ
の濃度に添加したもの。

（２）　γ−ブチロラクトンとＤＭＥとを容積比で１：
１に混合し、これにＬ　ｉＢ　Ｆ　４を１モル／ｌの濃
度に添加したもの。

（３）　プロピレンカーボネートにＬｉＣＬ○４を１モ
ル／ｌａ度に添加したもの。

（４）　プロピレンカーボネートとＤＭＥとを容積比で
１：１に混合し、これにＬ　ｉ　Ｃｔ　Ｏ４を１モル／
ｌの濃度に添加したもの。

これらの各電解液と、前記の正極体とを用いて実施例１
と同じ方法で電池をつくった。これらの電池をＢ１〜Ｂ
４とする。

（実施例３） ９１゛− 正極の集電体として、クロムを２０重量部含有し、ニッ
ケルは合金成分として含まないステンレス鋼からなるラ
ス、ネット、及びパンチングメタルを用い、活性炭粉末
の表面積はいずれも１４００ｒｒ？　／　Ｐとし、他は
すべて実施例１と同じ条件で電池をつくった。これらの
電池を０１〜Ｃ３とする。

比較例として、正極に活性炭繊維布を用い、その他は実
施例１と同じ条件で電池を構成した。これをＤとする。

なおこのときの活性炭繊維布の重量は４０Ｔｎｇとした
。

これらＡ−Ｄの種別及び１〜６′！ｆ、での番号の電池
を用い、各電池の内部抵抗（Ｉｆｌ）及び放電条件は、
１ｍＡで１０時間、充電条件は３．６ｖ定電圧で２ｏ時
間を１サイクルとして２００サイクル終了後、１ｍＡで
の定電流放電を行ない、終止電圧２、ＯＶまでの放電時
間を測定した。その結果を次表に示した。

以下余白 ｏｌ− 「 前人から明らかなように、実施例１では活性炭の表面積
が大きなもの程放電時間が長く、とくに表面積が１２０
０ｍ’／ｙ以上のものは放電時間が２０時間以上であシ
、すぐれている。

また実施例２では電解液による差は小さく、Ｂ−１〜Ｂ
−４での優劣ではＢ−４の電解液がよいといえる。

さらに実施例３での正極集電体の形態上での比較におい
てはいずれの場合も差がなかった。

１１　− 発明者らの検ｄ・ｊによると、正極の集電体は、正極層
の中央部の他、層上部あるいは層下部のいずれにも任意
に設けることが可能であり、正極層中の配置による差は
認められなかった。

これらＡ−Ｃの電池にくらべ比較例りは、放電時間が１
６時間と短かく、また内部抵抗も２６Ωと八〜Ｃよりか
なり高く、本発明のすぐれていることがよくわかる。

なお、前記の実施例においては扁平なコイン型電池で説
明したが、この他ボタン型あるいは円筒型電池において
も同様な効果が期待できる。

発明の効果 以上のように本発明における充電可能な電池は、従来に
くらべて長期の充放電ザイクル寿命に耐え、かつ電気容
量が大きいものであり、その応用範囲は極めて広いもの
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例におけるコイン型リチウム電池の
断面図である。 １・・・・・・絶縁側ロリング、２・・・・・・封口板
、３・・・・・・リチウム金属からなる負極、４・・・
・・セパレータ、６・・・・・・正極集電体、６・・・
・・・正極、７・・・・・正極ケース０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）活性炭粉末とフッ素柄脂繊維との混合体及び金属
   集電体からなる正極と、リチウム金属からなる負極と、
   有機溶媒を含んだ電解液を用いたことを特徴とする充電
   可能な電池。 （２）活性炭粉末の表面積がＢＥＴ法で１２００〜２０
   ｏＯｍ２／ｙである特許請求の範囲第１項に記載の充電
   可能な電池。 特許請求の範囲第１項に記載の充電可能な電池。 （４）　！解液が、プロピレンカーボネート、γ−ブチ
   ロラクトン、１・２−ジメトキシエタンのいずれかから
   なる半量液または混合液を溶媒とし、溶質として過塩素
   酸リチウムあるいはホウフッ化リチウムの単体もしくは
   混合体を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   〜第３項のいずれか２　′　− に記載の充電可能な電池。