JPS6035462A - 電気化学的電池 - Google Patents

電気化学的電池

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JPS6035462A
JPS6035462A JP59081673A JP8167384A JPS6035462A JP S6035462 A JPS6035462 A JP S6035462A JP 59081673 A JP59081673 A JP 59081673A JP 8167384 A JP8167384 A JP 8167384A JP S6035462 A JPS6035462 A JP S6035462A
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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】 本発明は、活物質としてリチウムを有するアノード、高
分子電解質、およびインサート電極材料(もしくは同等
の活性を有する材料)と高分子材料との複合体であるカ
ソードからなるソリッドステートの電気化学的電池に関
するものである。
Ll もしくはLl ベースのアノード、リチウムイオ
ン伝導性の高分子電解質、および■60□3゜V2O5
,TiS2等のインサート電極材料をペースとシタカソ
ードからなるソリッドステートの−+[、a 化学的電
池が知られている。例えば南アフリカ特許出願隘7り/
乙−乙3を参照されたい。現実的な電流密度において、
活性カソードの使用率を高めるためにカソードを、イン
サート電極材料(活性陰極液)と高分子電解質との複合
構造あるいは必要に応じて更にグラファイト等の電子伝
導性媒体を含む複合構造とすることができる。その複合
構造の成分の割合としては、例えば高分子電解質が2θ
〜7θ容量チ、活性陰極液が30−40容Mq6、電子
伝導性媒体が/〜、20容量チであるのが望ま本発明は
上述のような電気化学的電池において前記電解質とカソ
ードの一方が常温においてイオン伝導性相を備えていな
いものに関するものである。
本発明のソリッドステートの電気化学的電池は、活物質
としてリチウムを有するアノード、高分子電解質、およ
びインサート電極材料(もしくは同等の活性を有する材
料)と高分子材料との複合体であるカソードからなり、
前記電解質とカソードの一方が常温においてイオン伝導
性相を備えており、他方が常温においてイオン伝導性相
を備えておらず、前記他方に高温下においてイオン伝導
性が銹起され、それによって電池として機能し得る状態
となることを特徴とするものである。
本発明の電池は常温では電解質とカソードの一方がイオ
ン伝導性相を備えていないから常温では電池として機能
しない。しかしながら例えばgO℃〜/11.0℃に加
熱すると電解質とカソードの前記一方もイオン伝導性を
帯びる。これは常温においてイオン伝導性相を有する方
から有さない方へイオン伝導性材料が拡散するためでは
ないかと思われる。
電解質の方が37品においてイオン伝導性相を有する構
成とした場合には次のような利点がある。
すなわち、インサート電極材料の粒子づイズは、存在す
る相が全て連続で均質な微細構造を形成する上で、でき
る限り小さいのが望ソしい。従来カソードを作る際には
、高分子材料とリチウム塩(イオン伝導性相を形成する
。)を溶媒(後に除去される)内に溶解してなる溶液中
にインサート電極材料を分散させた分散液の流延によっ
てフィルムを形成していたが、得られるフィルム中のイ
ンサート電極胴側の粒子サイズは分散前の粒子サイズよ
り禿かに大きい。これに対してイオン伝導性相を形成す
るためのリチウム塩が存在しないときにはインサート電
極材料の粒子サイズが増大することがなく、シたがって
電池の性能が向上することが分かった。
また、カソードの方が常温でイオン伝導性相を有する構
成とした場合には、高温で電池の機能を持たされた本発
明の電池は、有効電流密度の点で上述の公知の電池より
優れた性能を有している。
これ番ま、上述のようなメカニズムによってイオン伝導
性を持たされた電解質が結晶〆す1−分に対する非晶質
分の比の点で、最初からイオン伝導性である電解質に比
べて有利な構造を備えているからではないかと考えられ
る。また常温でイオン伝導性相を備えていないtM質は
比較的少数の化学的工程で作ることができ、しかも電池
の製造に際して取扱いが容易であり、さらに大気中の水
蒸気に対する感度が鈍い。
前記複合カソードのインサート電極としては上述したよ
うな公知の材料を用いることができ、高分子材料として
はIリエチレンオキシド(以下P E O) 、ポリプ
ロピレンオキシド(以下PP0)等を用いることができ
る。カソードにイオン伝導性相を持たせるときには、I
−、Br−、C1,O,−。
5CN−、F3C3O3−等の陰イオンを有するリチウ
ム塩と前記高分子材料との錯体によってイオン伝導性相
を形成してもよい。その複合カソードは必要に応じて、
グラファイトもしくは池の形態の炭素等の電子伝導性媒
体を含んでいてもよい。本発明の電池のうち常温におい
て、イオン伝導性相をカソードが有し、電解質が有しな
いものは、加熱によって電池機能を与えられたときにカ
ソード内のリチウム塩濃度が低下する。これは加熱され
たときにリチウム塩が電解質の方に移動するからである
0 カソードはフィルム状をなしていて差し支えなく、また
流延によってフィルム状にして差し支えない。また、例
えば金属ホイル状の集電装置上に直接流延しても差し支
えない。その際、メタノールとトリクロルエチレンの当
量混合物、アセトニトリル等を溶媒として使用すること
ができる。電解質もフィルム状をなしていて差し支えな
く、同様な流延によって形成することができる。7ノー
ドは金属ホイル状をなしていて差し支えない。
電解質はカソードに使用するのと同様な高分子材料でよ
い。その電解質が常温でイオン伝導性相を備えるように
構成する場合にはカソードの材料に関して前述したよう
なリチウム塩とその高分子材料とに錯体全形成させてイ
オン伝導性相を形成してもよい。この場合に加熱によっ
て電池機能を与えたときに、その電解質内のリチウム塩
濃度が低下する。これは加熱されたときK リチウム塩
がカソードの方に移動するからである。これは電解質の
イオン伝導性に大きく影響するものではなく、また電解
質のイオン伝導性は広い組成範囲内で概略一定テアル。
例えば(P E O) LIF3CSO3ノイオン伝導
性はXの値がり〜、2 Qの範囲内で概略−足である。
本発明の電池は、アノード、電解質、カソードからなる
サンドインチ構造を適当な形に積層したり、丸めたり、
折りたたんだりしてケーシング内に収めることによって
RLすることができる。本発明の電池は常温ではイオン
抵抗が高いがら貯蔵中の自己紋イが小ざ<、シたがって
貯蔵寿命が長い。本発明の′電池から電流を取り出す際
には作動温度に加熱する。
さらに本発明によれば、活物質としてリチウムを有する
アノード、高分子電解質、およびインサート電極材料と
高分子材料との複合体からなるカソードを電池をなすよ
うに組み立ててなるソリッドステートの電気化学的電池
の製造方法において、常温において前記電解質とカソー
ドの一方がイオン伝導性相を有し、叱方がイオン伝導性
相を有しないようにし、加熱によって前記叱方にイオン
伝導性を誘起するようにしたことを特徴とする方法が提
供される。
以下実施例によって本発明を更に詳細に説明するO 実施例 / PEOのアセトニトリル溶液内に■60□3 とアセチ
レンブラックを分散させ、その分散液をニッケルホ・r
ルの集電装置上で流延した東溶媒を除去することによっ
て複合カソードをfjA製した。その分散液の組成は、
でき上がった複合カソードの組成がPEO,jO容量優
、v60□34Lj容is、アセチレンブラックj容量
チとなるようにした。tたその複合カソードの厚さは約
jOμmであったθPε0とLIF3C3O3のアセト
ニトリル溶液を流延した後、溶媒を除去して、電解質を
調製した。
その電解質の組成は(p E O)9LtF3cso3
 であり、その厚さは約s o pmであった。
上記複合カソードと電解質と約300μm厚のリチウム
ホイルのアノードとを組み立てて面積0、73 cm 
の電気化学的電池1を形成し、これを次のような条件で
テストした。
使用温度 /≠θ℃ 放電電流 0..2mA 一定 充電電流0. / mA サイクリングモード電圧制限
 7.7〜3.0ぎノUト 第1図の曲線1は電池1の電圧と容量の関係を示すもの
である。
電池1の放電数/におけるカソード使用率は約700チ
であり、放電数10におけるカソード使用率は約70チ
であった。
比較例 A 複合力ノードを調製するための溶液にL I F 3C
3O3を溶解させた以外は実施例/と全く同様にして比
較用の電池Aを作った。この電池Aの電圧と容量の関係
は第1図に曲i1Aで示すようであった。
また電池Aの放電数/におけるカソード使用率は約50
優、放電数IOにおけるカソード使用率は約35チであ
った。
実施例 ! テストの際の放電電流を0.6m A %充電電流を0
.3mAとした以外、実施例/と全く同じ操作を繰り返
した。
この場合の電圧と容量の関係を第2図に示す。
またこの場合、放電r&/におけるカソード使用率は約
jOチであり、放電数10におけるカソード使用率は約
、2j%であった。この値は比較例の電池Aとほぼ同じ
であるが、このときの電流密度は3倍であった。
実施例 3 PEOとLIF3C8O3のアセトニトリル溶液内に■
60□3とアセチレンブラックを分散させ、その分散液
をニッケルホイルの集電装置上でドクターブレード流延
した後、溶媒を除去して複合カソードフィルムを調製し
た。その分散液の組成は複合カソードの組成が(PEO
)、LIF3C3O3j O容is、v6o工、lj答
M%、アセチレンブラック5容it%となるようにした
。また得られた複合カソードフィルムの厚さは約jOμ
mであった。
PEOのアセトニトリル溶液をドクターブレード流延し
た後、溶媒を除去してフィルムを調製した。このような
フィルムを一枚重ねて約7zμm厚の電解質フィルムと
した。
上記のようにして調製された、複合カソードフィルムと
電解質フィルムを用いて面積0.73 a2の電気化学
的電池を作った。アノードとしては厚さ約300μmの
リチウムホイルを用いた。この電池を次のような条件で
テストした。
使用温度 733℃ 放電電流 0..2 m A −走 光N ’It g O,/ y(A サイクリングモー
ド電圧制限 /、7〜3.25ゴルト 第1回目の放電時のこの電池の電圧と容量の関係を第3
図に示す。
種々の放電数(NO)におけるカソード使用率は次の通
りであった。
Ni1/ 100% 1’1&1.5’ 7乙チ 翫10 乙j% Nk1/、f 乙/チ
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の電池と本発明以外の電池の
電圧と容量の関係を比較して示すグラフ、第2,3図は
それぞれ本発明の他の実施例の電圧と容量の関係を示す
グラフである。 容量(MAHR) 容量(MAHR) 昭和 年 月 日 1事件の表示 昭和59年特許願第81673号2発明
の名称 電気化学的電池 3、補正をする者 事件との関係 出願人 4、代理人

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 活物質としてリチウムを有するアノード、高分
    子電解質、およびインサート電極材料と高分子材料との
    複合体であるカソードからなるソリッドステートの電気
    化学的電池において、前記電解質とカソードの一方が常
    温においてイオン伝導性相を備えており、他方が常温に
    おいてイオン伝導性相を備えておらず、前記他方に高温
    下においてイオン伝導性が誘起され、それによって電池
    として機能し得るようになることを特徴とする電池。
  2. (2) 前記高温が10℃から/弘θ℃の範囲内である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電池。 (3ン 活物質としてリチウムを有する7)−ド、高分
    子電解質、およびインサート電極材料と高分子材料との
    複合体であるカソードからなるソリッドステートの電気
    化学的電池の製造方法において、前記電解質とカソード
    の一方が常温においてイオン伝導性相を有し、他方が常
    温においてイオン伝導性相を有しないようになし、加熱
    して前記他方内にイオン伝導性を誘起することを特徴と
    する特許
JP59081673A 1983-04-22 1984-04-23 電気化学的電池 Expired - Lifetime JP2698340B2 (ja)

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GB8310992A GB8310992D0 (en) 1983-04-22 1983-04-22 Electrochemical cell
GB8310992 1983-04-22
GB838328021A GB8328021D0 (en) 1983-10-19 1983-10-19 Electrochemical cell
GB8328021 1983-10-19

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DE (1) DE3472335D1 (ja)
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