JPS60258860A - 有機電解質電池 - Google Patents

有機電解質電池

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JPS60258860A
JPS60258860A JP59114951A JP11495184A JPS60258860A JP S60258860 A JPS60258860 A JP S60258860A JP 59114951 A JP59114951 A JP 59114951A JP 11495184 A JP11495184 A JP 11495184A JP S60258860 A JPS60258860 A JP S60258860A
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specific surface
surface area
electrode
electrolyte
carbon black
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JP59114951A
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Teruyoshi Morita
守田 彰克
Takafumi Fujii
隆文 藤井
Nobuo Eda
江田 信夫
Hide Koshina
秀 越名
Kaoru Murakami
薫 村上
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • 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

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、正極活物質として酸化銅とカルコパイライト
との混合物を、負極活物質としてリチウムもしくはリチ
ウムを主体とする合金を用い、電2、− 解液トして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、1・3ジオソランなどの
単独あるいは混合溶媒中に過塩素酸リチウム、ホウフッ
化リチウム、リチウム六フッ化ヒ素、リチウム六フッ化
リン、リチウムトリフルオロメタンスルフォネートなど
の無機塩を溶解した有機電解質を電解液とする電池の改
良に関する。
従来例の構成とその問題点 最近電子ウォッチなどの精密電子機器用の電源として、
すぐれた保存特性、耐漏液性をもつ有機電解質リチウム
電池を用いようとする試みが盛んにおこなわれている。
いわゆる1・5v級リチウム電池がこれにあたるもので
ある。
1・5v級リチウム電池の正極活物質として、これまで
、酸化銅、硫化鉄、酸化ビスマス、ビスマス酸鉛などが
あげられるが、なかでも酸化銅・リチウム電池が、充填
電気量、保存性の面から、最もすぐれた電池系であると
言える。
しかしこの電池系は、電池の放電特性、特に放電の初期
に電圧が一定の値に落ち着く迄に電圧が一時的に落ち込
むという欠点を有する。
この現象は、電子ウォッチなどの電源として使用する場
合、大きな欠陥となる。
これを解消するものとして、特開昭58−206056
号では、正極活物質である酸化銅にカルコパイライトを
混合する方法を提案している。
カルコパイライトを正極活物質とし、リチウム負極と組
み合せた電池は、酸化銅・リチウム電池が約1・4vの
電圧で放電するのに対して、約1・5■の電圧で放電し
、しかも、電圧の落ち込み現象は全くみられない。
但し、カルコパイライトの理論エネルギー密度は酸化銅
とくらべて小さいため、単独で活物質とi〜で用いるよ
りも、エネルギー密度の大きい酸化銅に適量混合するこ
とにより、酸化銅・リチウム電池の放電初期の電圧の落
ち込みを解消し、かつ酸化銅自体のエネルギー密度に近
い電池を提供しl ようというものであり、その混合比
率は重量比で″□ 活物質全体の10〜60チの範囲が
良いと述べている。
これまで提案された1・6v級リチウム電池の中では、
この酸化銅・カルコパイライトとリチウムを組み合せた
電池系が最もすぐれたものであると言える。
またこれら酸化物、硫化物は導電性を持たず、電池の活
物質とする場合、適当な導電材を混合して使用する。
通常導電材としては、炭素粉末が用いられ、この酸化銅
・カルコバイライト系においても同様である。
導電材として用いられる炭素粉末は、その導電性の点か
らグラファイト、カーボンブラックなどが一般的である
が、酸化銅・カルコバイライト活物質と混合して成形し
た場合、その成形体の強度重量当りのかさ、電解液の吸
液性、および吸液後の形状維持能力などに大きな差が認
められる。
まず、ブラフアイトラ用いた場合は、グラファイト自体
も粘着性を有するため、成形体は十分な強度を有し、重
量当りのかさも小さいので充填容量が犬となるという利
点を有するが、逆に成形体51\−7 中の多孔度が小さいため、電解液が内部へ浸透しに<<
、かつ成形体中に必要な電解液を保持できないことから
、活物質の反応効率が悪く、電気容量を確保できないと
いう欠点を有する。
一方、カーボンブラックを用いり場合、グラファイトと
比べて粒子径が小さいため、導電材量としては少量でよ
いが、カーボンブラックのかさ密度が小さいことから、
成形体自体のかさは大きくなり、かつ電解液吸液後の強
度維持のため結着剤量も多量必要となり、活物質の充填
効率は悪くなる。
また、結着剤量が多くなることから、必然的に電解液の
吸液も悪くなり、これを防ぐためには、更に導電材量を
多くしなければならないということになり、ますます活
物質の充填効率が悪くなる。
以上の如く、電極成形体の強度、電解液の吸液性、活物
質の充填率、反応効率など、すべてを満足さすだめの導
電材の選定が非常に因難であった。
発明の目的 本発明は、比表面積の大なるカーボンブラック6 ベー
ン と、比表面積の小なるカーボンブラックを適量混合した
ものを導電材として用いることにより、成形体の強度お
よび、電解液吸液後の強度を保持しつつ、電解液の吸液
性を良くし、かつ活物質の充填率2反応効率のすぐれた
、酸化銅とカルコパイライトとを正極、リチウムもしく
はリチウムを主体とする負極をもつ電池を提供しようと
いうものである。
発明の構成 本発明者等は同じようにカーボンブラックを導電材とし
た場合でも、その比表面積によって、電極成形体への電
解液の吸液性が大きく異ることを発見した。
即ち比表面積の大きなカーボンブランクを導電材として
用いた場合、量としては同じであっても、比表面積の小
さいカーボンブラックを用いた場合よりも遥かに電解液
の吸液量も多く、捷だその速度も大きい。
従って、吸液性のすぐれた電極成形体を得るためには、
比表面積の大きな導電材を使用すればよ71\−。
いことになる。
但し、この場合、電解液吸液後の電極強度は逆に低下し
、極端な場合、電極成形体の膨潤が生じでくずれてし甘
うという結果となる。
一方、比表面積の小さいカーボンブラックの導電材を使
用した場合、電解液吸液後の電橋成形体の強度は犬であ
る。
以上を勘案して、本発明者等は、比表面積の犬なカーボ
ンブラックと比表面積の小なカーボンブラックを適量混
合したものを導電材として用いることにより、比較的少
量の導電材で、電極成形体の強度が電解液吸液後も維持
され、かつ活物質の反応率が犬で、大きな電気容量をも
つ電極成形体を得るに至った。
以下実施例によって説明する。
実施例の説、明 ボタン形電池で電池特性を試験するものとし、1 あら
かじめ、電極への電解液の吸液量、電極の膨β 潤度合の検討をおこなった。
正極活物質である酸化銅とカルコパイライトの混合比率
として、特開昭58−206056号では、カルコパイ
ライトが重量比で全体の1o〜60係の範囲で効果があ
ると述べており、ここでは酸化銅とカルコパイライトの
比率を重量比で6=4に混合したものを採用した。
酸化銅とカルコパイライl−を重量比で6:4に混合し
たもの100に対し、S電材のカーボンブラック、およ
び結着剤の四フフ化エチレンと六フッ化プロピレンの共
重合体粉末をそれぞれ重量比で5の割合で混合し、加圧
成型して直径9・0印、厚み0.63mmの電極成形体
となし、試験電極とした。その際、導電材のカーボンブ
ラックは比表面積の異るものを使用し、電解液の吸液量
、吸液後の電極成形体の膨潤の度合を検討した。
電解液としては、プロピレンカーボネートと1・2ジメ
トキシエタンを体積比で1:1に混合したものに、過塩
素酸リチウムを1モル/eの割合で溶解したものを使用
した。
又比表面積の異る導電材を使用した電極上に電解液を注
液し、10分間放置し、その後電極上に9・\−1 残っている電解液を漏紙で吸いとり、電解液注液前後の
型砂重量の差を吸収した電解液量、また電解液注液前後
の電極の厚みの差金電極の膨潤量と定義し、第1図に導
電材として使用したカーボンブラックの比表面積と電極
内に吸収した電解液量との関係を示した0また第2図に
カーボンブランクの比表面積と電極の電解液吸収に伴う
膨潤量−との関係を示す。
第1図から明らかなように、カーボンブラックの比表面
積が約700 m” / g以上のものを用いると、電
解液の吸収量は7μeで飽和する。これは活物質とカー
ボンブランクの混合比が、重量比で100 : 5の場
合であり、カーボンブラックの比率を増加させると、通
常、電解液の吸収量は増加すると考えられるが、この場
合、電極の成型性が悪くなり、結着剤量を増やさざるを
得なくなり、結果としてやはり、カーボンブラックの比
表面積がほぼ700m!/g以上の範囲で、吸収する電
解液量が飽和するという結果となった。
また第2図から明らかなように、電極の膨潤を10 、
7 最低に押えるためには、カーボンブラックの比表面積が
約100m2/g以下の範囲とすべきである。
電池を構成する場合、電池への電解液の注液後の膨潤が
太きいと、封ロガスケノドのゆがみによる封口の不良や
、電池の総高が寸法の範囲におさまらない等の問題が生
じるため、電極の膨潤はできるだけ小さい方がT1しい
。これらの試験で、電解液の吸収時間として10分間を
設定したが、これ以上の時間でもその値は殆んど変らな
かった。
以上のことから、導電材のカーボンブランクとしては、
反応に必要な電解液をできるだけ電極内に保持するとい
う点からは、比表面積が約700m’ / g以上のも
のが望ましく、電解液注液後の電極形状維持の点からは
比表面積が約100 m’ / g以下のものが望寸し
いという、相反する結果が得られた。
従って、100ml/g以下と、7oom”7g以上の
2種のカーボンブラックを適量混合して用いることによ
り、電解液の吸液性が良く、かつ膨潤の少ない電極成型
体が得られる可能性を有するこ11 とになる。
ば化銅とカルコパイライ)(r重量比で6:4で混合し
た活物質に、比表面積60m”/gと900m” / 
gの2種のカーボンブラック全種々の割合で混合した導
電材を混ぜ合せ、結着剤の四フッ化エチレンと六フッ化
プロピレンの共重合粉末を加え、上述した方法で加圧成
型し、得られた電極成型体について、電解液の吸収能、
吸収スピード、膨潤度(電極強度)を検討した。その評
価結果を次表に示す。
この標価基準は10段階の評価指数を設定し、その指数
によって評価するものとし、最もすぐれている指数10
から最も劣っている指数1まで用いており、かつ最終的
な評価として、電池用の電極として、使用に耐え得る最
低基準を10段階評価の7以上と決めた。
藏 跨 1 13 ・・−7 この表より明らかなように、3つの項目すべて最低基準
値である7以」二を満足しているのはB。
G、D、Eの電極である。即ち比表面積700m”7g
以」−の導電材が、全導電材中に重量比で10係から4
0%を占める範囲である。
これら、B、C,D、Hの電極を用い、電池を試作し、
放電試験をおこなった。
電極Bは導電材であるカーボンブラックの総量が多いた
め、結着剤の四フッ化エチレンと六フッ化プロピレンの
共重合体粉末を活物質100gに対し一10g、電wi
c、D、Kは活物質100gに対して5g加えて混合し
、それぞれ130mgを加圧成型したものを用いた。電
極の厚みはいずれもほぼ0.63mmとなった。
同時にこれらの電極と従来用いられていた電極と比較す
るために、導電剤としてグラファイトとカーボンブラッ
クを単独で用いた電極も試作した。
即ち、活物質100gに対してグラフアイ)10g1結
着剤3gを混合してその150mgをとり、加圧成型し
た電極F1活物質100gに対して、14 \−/ 比表面積60mt / gのカーボンブラック6g1結
着剤5gを混合してその130■をと9、加圧成型した
電極Gを試作した。それぞれの電極の充填電気容量は、
Bが69mAh、 C,D、E、 Gが75mAh、F
がB 5 mAh テあった。
試作した電池の半断面図を第3図に示す。
第3図において、1はニッケルメッキしたステンレス鋼
よりなる封目板で、その内面にはリチウム負極2を圧着
している。その理論電気容量は52 mAhである。3
はポリプロピレン製のセパレータで、4は前記円盤状の
正極で、ニッケルメッキした鉄製電池ケース5内に配置
しである06はポリプロピレン製のガスケットであり、
電解液のプロピレンカーボネートと、1.2ジメトキシ
エタンとを体積比で1:1に混合したものに過塩素酸リ
チウムを1モル/7Iの割合で溶解したものを注入し、
封口して完成電池とする。完成電池の寸法は直径9・s
mm、高さ2・ommである。
これら電池を20℃、13にΩで放電した時のゝに性を
第4図に、20℃、100KJ2で放電した15 、 時の特性を第5図に示す。
第4図から明らかなように、13にΩという小形電池に
しては比較的高率放電では、電極内部への液の浸透が特
性に大きな影響を与えているのが判る。即ち、比較的吸
液性の悪い電極Bi用いた電池においては、吸液性の良
い電極を有する電池G、D、Eとくらべ放電電気量的に
劣っている力ζより吸液性の悪い電極F、Giもつ電池
においてはこれが顕著にみられる。特に電解液の吸液性
の差が、電池の放電電圧にまで影響を与えているのがみ
られる。
第5図においても、この傾向は変らない。但し10oK
Ωという比較的低率放電においては、電池Bの場合は、
電池C,D、Eと殆んど特性差は認められない。
通常この種電池は、時計用など長期間にわたる非常に低
率な放電に使用されるものであるから、1 実際上は、
電池B、G、D、Eの差は認められず、諸] 問題なく使用できると言える。但しこの場合においても
、電池F、Gは明らかに劣っているのかみられる。
同様な試験を、カーボンブラックの比表面積が100m
2/g以下のものと700 m” / g DJ、 、
J:(7) モのの組み合せで種々行なったが、いずれ
の場合も、その効果が犬であることが認められた。
発明の効果 以上の如く、本発明によれば、酸化Iとカルコパイライ
トの混合物を正極活物質とする有機電解質電池の製造工
程の改善ならびに特性のすぐれた電池を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、導電材として使用するカーボンブラックの比
表面積と、それを用いた電極への電解液の吸液量との関
係を示す図、第2図は同様にカーボンブラックの比表面
積と電解液を吸収した時の電極の膨潤量との関係を示す
図、第3図は試験した電池の半断面図、第4図および第
6図は、それらの電池を用いて、それぞれ20℃、13
にΩならびに20°C1100にΩで放電した時の放電
曲線を示す図である。 17 \− 2・・・・・・リチウム負伜、3・・・・・・セパレー
タ、4・・・・・・正極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名綜 第3図 、、 ’ (ttttttン4 ロ’t’piEt W
 k派 第4図 it時間(Atttrs) 第5図 放覚時間(Apψ)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化銅(Cub)とカルコパイライト(CuFe
    S2)との混合物よりなる正極活物質と、軽金属よシな
    る負極活物質と、有機電解質よりなる電池であって、正
    極活物質の導電材r8≠比表面積が各々1oom1/g
    以下と7oo、71t/g以上のカーボンブラックの混
    合物からなることを特徴とする有機電解質電池〇
  2. (2)比表面積700m2/g以上のカーボンブラック
    の配合量が、重量比で、全導電材量の10係以上40%
    以下である特許請求の範囲第1項記載の有機電解質電池
JP59114951A 1984-06-04 1984-06-04 有機電解質電池 Granted JPS60258860A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59114951A JPS60258860A (ja) 1984-06-04 1984-06-04 有機電解質電池

Applications Claiming Priority (1)

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JP59114951A JPS60258860A (ja) 1984-06-04 1984-06-04 有機電解質電池

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JPS60258860A true JPS60258860A (ja) 1985-12-20
JPH0261775B2 JPH0261775B2 (ja) 1990-12-21

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ID=14650689

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63218161A (ja) * 1987-03-05 1988-09-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液電池
EP1653534A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-03 Samsung SDI Co., Ltd. Conductive agent - positive active material composite for lithium secondary battery, method of preparing the same, and positive electrode and lithium secondary battery comprising the same

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US7838152B2 (en) 2004-10-28 2010-11-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Conductive agent-positive active material composite for lithium secondary battery, method of preparing the same, and positive electrode and lithium secondary battery comprising the same

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JPH0261775B2 (ja) 1990-12-21

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