JPS6049566A - 充電可能な電池 - Google Patents
充電可能な電池Info
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- JPS6049566A JPS6049566A JP58158332A JP15833283A JPS6049566A JP S6049566 A JPS6049566 A JP S6049566A JP 58158332 A JP58158332 A JP 58158332A JP 15833283 A JP15833283 A JP 15833283A JP S6049566 A JPS6049566 A JP S6049566A
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- Japan
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- graphite
- positive electrode
- layer
- battery
- rechargeable battery
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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。
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。
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、いわゆるリチウノ・電池の正極にはフッ化炭素
とカーボンブラックとの混１合体、あるいは二酸化マン
ガンとノコ−ポンプ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、電解液に過塩素酸リチウムまた
はホウフッ化リチウムを溶解したプロピンツノ−ボネー
トやγ−ブチローｙクトン、またはとノしらと１．２−
７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。
の電池、いわゆるリチウノ・電池の正極にはフッ化炭素
とカーボンブラックとの混１合体、あるいは二酸化マン
ガンとノコ−ポンプ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、電解液に過塩素酸リチウムまた
はホウフッ化リチウムを溶解したプロピンツノ−ボネー
トやγ−ブチローｙクトン、またはとノしらと１．２−
７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、この糸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。
現段階ではできない状態である。
一方、充電可能な直流？Ｌ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？［＊’［トして用いた電池
、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」工１１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。
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？［＊’［トして用いた電池
、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」工１１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。
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才イ１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ＡＩ４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。
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ＡＩ４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、累、鉛のべ杉４卑ヤ正極に用いた充電可能な
電池において、電気容量が大きく、しかも充放電サイク
ル寿命を向上させることを目的としだものである。
電池において、電気容量が大きく、しかも充放電サイク
ル寿命を向上させることを目的としだものである。
発明の構成
本発明は、上記の目的を達成するために、正極として黒
鉛の成形体、負極として金属リチウム、及び非水電解液
を用いる電池において、黒鉛の００２面（Ｃ軸方向）の
層間が膨張したいわゆる膨張黒鉛を正極活物質に用いる
ことを特徴とするものである。
鉛の成形体、負極として金属リチウム、及び非水電解液
を用いる電池において、黒鉛の００２面（Ｃ軸方向）の
層間が膨張したいわゆる膨張黒鉛を正極活物質に用いる
ことを特徴とするものである。
一般的に電気二重層を利用する電極では、電極を構成す
る粒子の表面に電気二重層を容易に、しかも、大量に形
成するように構成する必要がある。
る粒子の表面に電気二重層を容易に、しかも、大量に形
成するように構成する必要がある。
電気二重層の厚さは用いる電解液のイオンの大きさにも
よるが、約３人といわれている。
よるが、約３人といわれている。
したがって、イオンの拡散層も含め、少くとも数人〜数
十への厚さの電極構成粒子表面拡散層が必要であり、こ
の電気二重層の間隔を保持する表面積が最大になるよう
、粒子の細孔分布や比表面積を選択するのがよい。
十への厚さの電極構成粒子表面拡散層が必要であり、こ
の電気二重層の間隔を保持する表面積が最大になるよう
、粒子の細孔分布や比表面積を選択するのがよい。
ところが、通常の黒鉛では００２面の層間距離が、約３
．５八であるので、電気二重層がかろうじて形成できる
厚さしかなく、イオンの易拡散性も考慮すると、電気二
重層がきわめて形成されにくい状態である。
．５八であるので、電気二重層がかろうじて形成できる
厚さしかなく、イオンの易拡散性も考慮すると、電気二
重層がきわめて形成されにくい状態である。
そこで、本発明の如く、黒鉛の層間隔を拡げプヒいわゆ
る膨張黒鉛を使用することにより、上記の問題が解決で
きる。
る膨張黒鉛を使用することにより、上記の問題が解決で
きる。
つ１す、黒鉛の層間隔を数人から数十へに拡げることに
より、電解液の沖合より、イオンが黒鉛層間に容易に拡
散し、層間に電気二重層を形成するととができる。
より、電解液の沖合より、イオンが黒鉛層間に容易に拡
散し、層間に電気二重層を形成するととができる。
たとえば、膨張黒鉛を正極とし、プロピレンヵーボネ−
１・と１．２−ジメトキシエタンとの混合溶媒に過塩素
酸リチウムを溶解した有機電解液を用いて充放電した場
合、充電時にはＣ６０，−が膨張黒鉛の層間に入シ込ん
で層面に吸着し、電気二重層を形成し、それに対応する
正の７Ｈ荷が正極に帯電する。放電時には、正極中の電
イ；イが夕１部１１！回路を通じて放出され、黒鉛層間
のＣ，ｌｏ、−は電解液の沖合へ拡散する。
１・と１．２−ジメトキシエタンとの混合溶媒に過塩素
酸リチウムを溶解した有機電解液を用いて充放電した場
合、充電時にはＣ６０，−が膨張黒鉛の層間に入シ込ん
で層面に吸着し、電気二重層を形成し、それに対応する
正の７Ｈ荷が正極に帯電する。放電時には、正極中の電
イ；イが夕１部１１！回路を通じて放出され、黒鉛層間
のＣ，ｌｏ、−は電解液の沖合へ拡散する。
さて、このように電気二重層を効率よく形成可能な膨張
黒鉛は種々の方法で造られるが、たとえばつぎのような
方法でつくられる１、 黒鉛電極を濃硫酸に浸漬し、陽′１１を解し０Ｍ硫酸黒
鉛（ＣｎＨ８Ｏ４＊２Ｈ２８０４）を生成する。この重
硫酸黒鉛を１００℃〜１ｏｏｏ℃で熱処理することによ
り、任意に層間隔を膨張させることができる。
黒鉛は種々の方法で造られるが、たとえばつぎのような
方法でつくられる１、 黒鉛電極を濃硫酸に浸漬し、陽′１１を解し０Ｍ硫酸黒
鉛（ＣｎＨ８Ｏ４＊２Ｈ２８０４）を生成する。この重
硫酸黒鉛を１００℃〜１ｏｏｏ℃で熱処理することによ
り、任意に層間隔を膨張させることができる。
コ’ｉ７）他ニモ、０Ｈ２ＮＨ２，ＮＨ２，０Ｆ２ＣＯ
ＯＨ，Ｈ３ＰＯ４゜ＩＣβ０４． ＨＮＯ３などにより
電解層間化合物をつくり、膨張黒鉛をつくることができ
る。
ＯＨ，Ｈ３ＰＯ４゜ＩＣβ０４． ＨＮＯ３などにより
電解層間化合物をつくり、膨張黒鉛をつくることができ
る。
膨張黒鉛を用いる利点としては、層間・隔を任意に選ぶ
ことにより、電気二重層を形成する面積を最大限に増加
でき、不要な電解液占有部を電極粒子内表面につくらな
いようにすることができることである。さらに、黒鉛特
有の良伝導性を十分に生かすことができるので、電気二
重層容量が大きく、かつ内部抵抗の小さな電池ができる
。
ことにより、電気二重層を形成する面積を最大限に増加
でき、不要な電解液占有部を電極粒子内表面につくらな
いようにすることができることである。さらに、黒鉛特
有の良伝導性を十分に生かすことができるので、電気二
重層容量が大きく、かつ内部抵抗の小さな電池ができる
。
実施例の説明
以下、実施例によって本発明を説明する〇（実施例１）
まず、膨張黒鉛の層間隔（００２面格子定数）を６〜１
０人、２０〜３０人、４０〜５０人、６０〜７０人、８
０〜９０人のものを選び、それぞれフッ素樹脂を結着剤
として１０ｗｔ％添加し、よく混合したのち、１００１
１１ｇずつ秤量し、厚さ０．６ｍｍ、直径１５ｍｍのペ
レットを成形した。
０人、２０〜３０人、４０〜５０人、６０〜７０人、８
０〜９０人のものを選び、それぞれフッ素樹脂を結着剤
として１０ｗｔ％添加し、よく混合したのち、１００１
１１ｇずつ秤量し、厚さ０．６ｍｍ、直径１５ｍｍのペ
レットを成形した。
このようにしてえられたペレットを正極とし、厚さ０．
５ｍｍ、直径１５ｍ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ｏ 不織布、電解液としてプ
ロピレンカーボネートと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。
５ｍｍ、直径１５ｍ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ｏ 不織布、電解液としてプ
ロピレンカーボネートと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。
これらの材料を用い、第１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２０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ
である。
を作った。その大きさは直径２０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ
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１９板状セパ
レータ４をその上に配置して前述した電解液を注液する
。その後チタンラスからなる集電体６を照面に密着さぜ
たベレット状正極６をセパレータ４上に載せ、クロムを
２０重量部含有し、ニッケルを含ま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の外側に力、フプリ
ングし、ケース開口部を内側へかしめて封口する。
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１９板状セパ
レータ４をその上に配置して前述した電解液を注液する
。その後チタンラスからなる集電体６を照面に密着さぜ
たベレット状正極６をセパレータ４上に載せ、クロムを
２０重量部含有し、ニッケルを含ま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の外側に力、フプリ
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前記膨張黒鉛の層間隔の
小さな順番上りム１〜５とする。
小さな順番上りム１〜５とする。
比較例として、層間隔が約３．５人の通常の黒鉛を用い
、その他は実施例１と同じ条件で電池を構成した。これ
をＡＯとする。
、その他は実施例１と同じ条件で電池を構成した。これ
をＡＯとする。
（実施例２）
まず、膨張黒鉛を実施例１と同じように層間隔上から６
種類選び、同じ大きさのベレットを造った。
種類選び、同じ大きさのベレットを造った。
そして、それぞれ同じペレットを正負極として組み合わ
せ、その他は実施例１と同じようにして第２図に示すよ
うな電池を構成した。（図中６が黒鉛からなる正極、８
が黒鉛からなる負極である。）これらの電池をＢ１〜６
とする。
せ、その他は実施例１と同じようにして第２図に示すよ
うな電池を構成した。（図中６が黒鉛からなる正極、８
が黒鉛からなる負極である。）これらの電池をＢ１〜６
とする。
この比較例として、層間隔が約３．５への通常の黒鉛を
用い、その他は実施例２と同じ条件で電池を構成した。
用い、その他は実施例２と同じ条件で電池を構成した。
これをＢｏとする。
これらＡＯ〜６、及び８０〜６寸での各電池を用い、つ
ぎのような評価試験を行な−だ。
ぎのような評価試験を行な−だ。
まず、ム０〜５については、放電条件が１ｍＡで１時間
、充電条件が３．６ｖ定電川で１時間を１サイクルとし
て１→゛イクル後及び２００サイクル終了後、１０ ｍ
Ａでの定電流放電を行ない、終了電圧０．６ｖまでの放
電持続時間を測定した。その結果を第３図に示した。
、充電条件が３．６ｖ定電川で１時間を１サイクルとし
て１→゛イクル後及び２００サイクル終了後、１０ ｍ
Ａでの定電流放電を行ない、終了電圧０．６ｖまでの放
電持続時間を測定した。その結果を第３図に示した。
つぎにＢＯ〜５については放電条件が１ｍＡで１時間、
充電条件が２０Ｖ定電圧で１時間を１サイクルとして１
サイクル後及び２００ザイクル終了後、１０ ｍＡでの
定電流放電を行ない、終止電圧ｏ、ｓ ｖ−１での放電
持続時間を測定した。その結果を第４図に示した。 ４ 第３図、第４図から明らかなように、１サイクル後では
、Ａ、Ｂとも層間隔が拡がる程、放電時間が伸びる。つ
まり、膨張黒鉛の内表面に生成する電気二重層が大きく
なっていることを示すものである。
充電条件が２０Ｖ定電圧で１時間を１サイクルとして１
サイクル後及び２００ザイクル終了後、１０ ｍＡでの
定電流放電を行ない、終止電圧ｏ、ｓ ｖ−１での放電
持続時間を測定した。その結果を第４図に示した。 ４ 第３図、第４図から明らかなように、１サイクル後では
、Ａ、Ｂとも層間隔が拡がる程、放電時間が伸びる。つ
まり、膨張黒鉛の内表面に生成する電気二重層が大きく
なっていることを示すものである。
ただし、２００サイクル後においては、Ａ４．Ａｓ。
Ｂ４ 、Ｂｓにおいて、放電時間の低下がみられる。こ
れは、黒鉛の層間隔が６０人を越えると、強度が弱くな
るため、充放電によって劣下したものと考えられる。こ
れらのことから、膨張黒鉛の層間隔は６八から５０Ａ−
ｉでか充放電特性上すぐれていることかわかる。
れは、黒鉛の層間隔が６０人を越えると、強度が弱くな
るため、充放電によって劣下したものと考えられる。こ
れらのことから、膨張黒鉛の層間隔は６八から５０Ａ−
ｉでか充放電特性上すぐれていることかわかる。
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。
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ｎ］能な電池は、従来
に較べて電気容量が大きく、良期の充放電に耐え、その
応用範囲はきわめて広いものである〇
に較べて電気容量が大きく、良期の充放電に耐え、その
応用範囲はきわめて広いものである〇
第１図は本発明の実施例１におけるコイン型リチウム電
池の断面図、第２図は本発明の実施例２における黒鉛極
を正、負極に用いたコイン型電池の断面図、第３図は実
施例１における電池の充放電サイクル試験結果、第４図
は実施例２における電池の充放電サイクル試験結果であ
る。 １・・・・・・絶縁封口リング、２・・・・・・封口板
、３・・・・・・リチウム負極、４・・・・・・セパレ
ータ、５・川・・集電体、６・・・・・・ペレット状正
極、７・・・・・・正極ケース、８・・・・・・ベレッ
ト状正極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 ６ ７ ハ６ Ａａ Ａ２ Ａ３ Ａａ Ａｓ 堂地 第４図 ［１ａ ８＋ Ｂ２ Ｂ３ Ｂ４ ＢＳ電池
池の断面図、第２図は本発明の実施例２における黒鉛極
を正、負極に用いたコイン型電池の断面図、第３図は実
施例１における電池の充放電サイクル試験結果、第４図
は実施例２における電池の充放電サイクル試験結果であ
る。 １・・・・・・絶縁封口リング、２・・・・・・封口板
、３・・・・・・リチウム負極、４・・・・・・セパレ
ータ、５・川・・集電体、６・・・・・・ペレット状正
極、７・・・・・・正極ケース、８・・・・・・ベレッ
ト状正極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 ６ ７ ハ６ Ａａ Ａ２ Ａ３ Ａａ Ａｓ 堂地 第４図 ［１ａ ８＋ Ｂ２ Ｂ３ Ｂ４ ＢＳ電池
Claims (2)
- （１）非水電解液と、金属リチウムからなる負極と、黒
鉛の成形体からなる正極とを用い、前記黒鉛の（００２
）面の格子定数が６〜６０Ａの範囲にあることを特徴と
する充電可能な電池。 - （２）非水電解液と、電気二重層を利用する分極性電極
からなる正極及び負極とを用い、前記圧。 負両極が（００２）面の格子定数が６〜５０人の範囲に
ある黒鉛を主体としたものである充電可能な電池０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58158332A JPS6049566A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 充電可能な電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58158332A JPS6049566A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 充電可能な電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6049566A true JPS6049566A (ja) | 1985-03-18 |
Family
ID=15669324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58158332A Pending JPS6049566A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 充電可能な電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6049566A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0683816U (ja) * | 1993-05-14 | 1994-12-02 | グラウンドエンジニアリング株式会社 | Ｐｃ鋼線のシース材 |
-
1983
- 1983-08-29 JP JP58158332A patent/JPS6049566A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0683816U (ja) * | 1993-05-14 | 1994-12-02 | グラウンドエンジニアリング株式会社 | Ｐｃ鋼線のシース材 |
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