JPS61206168A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPS61206168A
JPS61206168A JP60046480A JP4648085A JPS61206168A JP S61206168 A JPS61206168 A JP S61206168A JP 60046480 A JP60046480 A JP 60046480A JP 4648085 A JP4648085 A JP 4648085A JP S61206168 A JPS61206168 A JP S61206168A
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重人 岡田
Yoji Sakurai
桜井 庸司
Toshiro Hirai
敏郎 平井
Hideaki Otsuka
大塚 秀昭
Junichi Yamaki
準一 山木
Takeshi Okada
岡田 武司
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • 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
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、小製にして充放電移動の大きなリチウム二次
電池、詳細にはリチウムあるいはリチウム合金管負極活
物質とし、Mo01若しくはWO,に、v!08t−加
えて得られる物質を正極活物質として用いた充放電が可
能なリチウム二次電池に関する。
〔従来の技術〕
従来から、リチウムを負極活物質として用いる高エネル
ギー密度電池に関する提案は多くなされている。例えば
、正極活物質として黒鉛及びフッ素のインターカレーシ
ョン化合物、負極活物質としてリチウム金Rkそれぞれ
使用した電池が知られている(例えば、米国特許第5.
514,537号FJA#書参照ン。更にまな、フッ化
黒鉛を正極活物質に用いたリチウム電池や、二酸化マン
ガンを正極活物質として用いたリチウム電池が既に市販
されている。しかし、これらの電池は一次電池であ)、
充電できない欠点があった。
リチウムを負極活物質として用いる二次電池については
、正極活物質としてチタン、ジルコニウム、ハフニウム
、ニオビウム、タンタル、パナジクムの硫化物、セレン
化合物、テルル化合物を用いた電池(例えば、米国特許
第4.00 ?、052号明細書参照]、あるいは酸化
クロム、セレン化ニオビウム等を用いりta〔ジャーナ
ル オブ ジ ェレクトロケミカルソサイエティ(、T
、11:lectrochem、 8oc、 )第12
4巻(7)第968頁及び@525頁(1977))等
が提案されているが、これらの電池はその電池特性及び
経済性が必ずしも十分であるとはいえなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
また、非晶質物質を正極活物質に用いたリチウム電池に
ついては、MoB1 、Mo8g 、 V1S5 にQ
場合〔ジャーナル オプ エレクトロアナリチヵルケミ
ストリー(1,m1eotroan&1.0ham、 
)第118巻第229頁(1981))やLiV30.
の場合〔ジャーナル オプ ノン−クリスタリン ソリ
ツズ(J、Won−Crystallline 8o1
1ds )第44巻第297頁(19131)等が提案
されている。
しかし、大電流密度での放電や充放電特性の点で問題が
あった。
本発明の目的は、上記現状を改良1.て、小型で充放電
移動が大きく、優れた特性をもつりチウム二次電池を提
供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発8Aを概説すれば、本発明はリチウム二次電池に関
する発明であって、MOO,若しくはWO。
に、V*O*t−加え、溶融後急冷することによ)得ら
れる非晶質物質を正極活物質とし、リチウム又はリチウ
ム合金を負極活物質とし、前記正極活物質及び前記負極
活物質に対して化学的に安定であり、かつリチウムイオ
ンが前記正極活物質あるい社前記負極活物質と電気化学
反応をするための移動を行いうる物質を電解質物質とし
たことを特徴とする。
本発明を更に詳しく説明すると、本発明によるリチウム
電池に用いられる正極活物質は、前述したMoO畠若し
くはWOsと”!01との溶融急冷によシ得られる非晶
質物質である。
V、O,の使用量はMo01又はV、O,に対して、5
〜90モルチが好ましく、特に50へ75モルチが好適
である。
この正極活物質を用いて正極を形成するには、この非晶
質物質粉末又はこれとポリテトラフルオロエチレンのご
とき結合剤粉末との混合物をニッケル、ステンレス等の
支持体上に膜状に圧着成形する。
あるいは、かかる非晶質物質粉末に導電性を付与する丸
めアセチレンブラックのような導電体粉末全混合し、こ
れに更にポリテトラフルオロエチレ/のような結合剤粉
末を所要に応じて加え、この混合物を金属容器に入れ、
あるいは前述の混合物をニッケルやステンレス等の支持
体上に圧着成形する等の手段によって形成することがで
きる。
負極活物質であるリチウム若しくはリチウム合金は、一
般のリチウム電池の場合と同様に、シート状に展延し、
又はそのシートをニッケルやステンレス等の導電体網に
圧着して負極として形成することができる。
更に、電解質としては、グロビレンカーボネート、2−
メチルテトラヒドロ7ラン、ジオキノラン、テトラヒド
ロフラン、1,2−ジメトキシエタン、エチレンカーボ
ネ−)、r−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、
アセトニトリル、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド
、ニトロメタン等の一種以上の非プロトン性有機溶媒と
Li CZOa 、LiAZ’Z4 、’IaiBI’
4、Li CL%rdP1’@若しくはLiムB1−等
のリチウム塩との組合せ又はIJ1+全1+ヲとする固
体電解質あるいは溶融塩など、一般にリチウムを負極活
物質として用いた電池で使用される既知の電解質を用い
ることができる。
まな、電池構成上、必要に応じて微孔性セパレータを用
いるときなど蝶、多孔質ポリプロピレン等よ形成る薄膜
を使用してもよい。
前述したような正極活物質が優れ死児放電特性を有する
理由は必ずしも明確ではないが、その1つの理由は、本
発明における正極活物質がほぼ完全に非晶質であること
Kらる。
すなわち、Mo01若しく Fs、WOsと共に溶融、
冷却されたV、O,のネットワークフォーマ−によって
Mo(W)−0−Vの結合から成るランダムなネットワ
ークが形成され、反応性の高い多くの不対ダングリング
ボンドを供給している。このボンドは格子系の結晶構築
に直接寄与していないボンドのため、充放電に伴うダン
グリングボンドの消費が、格子破壊や元素析出を伴わな
いと考えられ、このことが従来の結晶性正極材料より良
好な充放電特性をもたらす原因と推定される。
また、ここで用いた非晶質化のためのネットワー′り7
オーマーV、O,は、通常用いられる酸化物(例えばp
、osなど)と異なフ、それ自身も正極活物質として働
くため、v!Osの添加によるエネルギー密度のロスは
少ない。
前記のごとき金属酸化物非晶質化料を製造する方法は基
本的に限定されるものではない。しかし、簡便な水中急
冷法よシも、急冷速度に優れたロール急冷法の方が、よ
フ均質な非晶質化に有利である。
例えば、双ロール急冷法の場合第1図に示すような装置
を用いて非晶質材料を作製する。すなわち第1図は金属
酸化物非晶質化のための双ロール急冷装置の断面概略図
である。Mo01若しくはWO3にV、Osを混合した
ものを、先端小孔径αSvmφの石英ノズル1に入れ、
炭化ケイ素ヒーター2によ#)800℃(WO3の場合
は1500℃)に加熱溶融する。母材の完全溶融を確認
の後、エアピストン3によってノズル孔をロール対接触
部に近付け、同時にノズル内圧をアルゴンガス4によF
) 150 kg/m”まで急速加圧することによって
、ノズル孔より溶融体5を2000〜4000 rpm
で高速回転するロール対6間に噴出させ、超急冷固化し
た薄帯状非晶質物質7を作製する。
〔実施例〕
以下に図面を参照して本発FIAを実施例により詳細に
説明する。
なお本発F!Aハ以下の実施例にのみ限定されるもので
はない。以下の実施例において電池の作成及び測定は全
てアルゴン雰囲気中で行った。
実施例1 前記正極活物質としての非晶質物質は、Mo01に所定
量の’i’zost混合し、約800℃で溶融のX線回
折図形を第2図に示す。すなわち@2図は本発明におけ
る正極活物質のX線回折結果をブラッグ角2θ(度、横
軸]と反射強度(ape。
縦軸ンとの関係で示すグラフである。第2図かられかる
ように、0uKt線で20が約26度付近にブロードな
山を持つX線的に無定形なパターンを示してお少、非晶
質化していることがわかる。
第5図は、本発明による電池の一具体例でらるコイン型
電池の構成を示す断面図でちゃ、図中、31はステンレ
ス製封口板、32はポリプロピレン製ガスケット、33
はステンレス展正極ケース、34はリチウム負極、35
はポリグロビレン製微孔性セパレータ、36は正極合剤
ベレットを示す。
まず、封口板1上に金属リチウム負極4を加圧載置した
ものをガスケット2の凹部に挿入し金属リチウム負極4
の上にセパレータ5、正極合剤ベレット6をこの屓序に
載置し、電解液としての1NLl○t04/グロビレン
カーボネート(PC)+ 1.2−ジメトキシエタン(
DME) (1: 1移動比〕(プロピレンカーボネー
トと1,2−ジメトキシエタンの等容積溶媒)又は、1
.5NLiAsFa  / 2−メチルテトラヒドロフ
ラン(2MaTHF )を適量注入して含浸させ喪後に
、正極ケース5をかぶせてかしめることによシ、直径2
3燗、厚さ21Ellのコイン型電池を作製した正極活
物質は、MOO,とV、OSを混合し上述した方法に従
って作製した。
作製した正極活物質を、混合粉砕機を用いて約70分間
にわたって粉砕したのち、ケッチェンブラックEC及び
テトラフルオロエチレンと重量比で70:25:5の割
合で秤取混合した。
この混合粉体t−ロールを用いて厚さa5鱈のシート状
に展延し、直径20m+の正極合剤ベレット6を作製し
た。
以上のようにして作製したリチウム二次電池(電解液と
してI N Lid!204 / PO−DMI!tを
使用した)に対して1mAで定電流放電した結果の放電
特性(27終止)の代表例を第1表に示す。
第  1  表 また、1mAの定電流、正極活物質当ル150ムh/に
&の移動で充放電を行った結果の充放電特性(サイクル
数ンの代表例を第2表に示す。
第  2  表 第2表のうちから、代表例として、V、O,を50モル
チ含有する固溶体を正極活物質としたときの充放電曲線
を第4図に示す。すなわち、第4図は充放電移動(Ah
/k19 、横軸]とセル電圧(v%縦縦軸上の関係を
示すグラフである。図中の数字は充放電のサイクル数を
示す。ここで、電解液は1.5 N、LiムsP@ /
 2MeTHF ′fr:用いた。
これらの結果からもわかるように、MoO34,0゜の
溶融・冷却物の中では、v!OIのモルチが50〜75
モルチのものが特に良好な充放電特性を示した。
実施例2 実施例1(第5図ンと同様にして作製したリチウム二次
電池を用いて、1mAの定電流で2v〜五5v間で電圧
規制充放電を行った結果を第4図と同様な関係で第5図
に示す。ここで電解液はt511LiムsF@ / 2
MeTEF f用いた。初回の放電移動は200ムh/
kgK達し、その後も120回まで約150 Ah/k
IIの移動を保持した。
実施例3 実施例1と同様にして作製したリチウム二次電池を用い
て、1mA(α5 mA、/’;−ン、2mA(1mム
〆一ン、4mA(2mA/at? )の定電流で放電し
た結果を第6図に示す。すなわち第6図はL1βo03
 (個、横軸]とセル電圧(V、縦軸ンの関係を示すグ
ラフである。ここで電解液は、1.5M LiAsF@
/2M5THIFを用いた。大電流放電下でも正極材料
利用率の低下が少なく、1mA(15mム/−1放電時
の正極利用率を100%とした場合、4mA(2mA/
マン放電時の正極利用率は2v終止移動で75俤と高い
移動維持率を示した。
実施例4 MoO,と同じ周期表第VI族遷移金属駿化物であるw
o、vso、系においても同様に非晶質化が可能。
でらシ、やはシv101が50モルチ前後の組成域で電
池特性のピークを示した。代表例として50モル−wo
、 −5Qモル%V、O,の非晶質物質を正極活物質に
用い、それ以外は実施例1と同様にして作製したリチウ
ム二次電池について、1mAの定電流正極活物質当〕1
60ムh/l?の移動で充放電を行った結果を第4図と
同様な関係で第7図に示す。充放電プ四ファイルの平坦
性はMOon−V@O修系に比べ若干悪いが、サイクル
寿命に関しては同等である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、充放電移動の大
きい小屋高エネルギー密度のリチウム二次電池を構成す
ることができ、かかる本発明の電池はコイン製電池など
種々の分野に利用できるという利点を有する。  ゛
【図面の簡単な説明】
第1図は金属酸化物非晶質化のための双ロール急冷装置
の所間概略図、第2図は本発明における正極活物質のX
線回折結果管ブラッグ角と反射強度との関係で示したグ
ラフ、第3図に本発明の1実施例であるコイン製電池の
構成を示す断面図、第4図〜第7図は本発明の1実施例
における電池の充放電特性を示す特性図でらる。 1:石英ノズル、2:炭化ケイ素ヒーター、3:エアピ
ストン、4:アルゴンガス%5:s融体、6:ロール対
、7:薄帯状非晶質物質、51:封口板、52:ガスケ
ット、35:正極ケース、34:リチウム負極、35:
セパレータ、36:正極合剤ペレット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)MoO_3若しくはWO_3に、V_2O_5を加
    え、溶融後急冷することにより得られる非晶質物質を正
    極活物質とし、リチウム又はリチウム合金を負極活物質
    とし、前記正極活物質及び前記負極活物質に対して化学
    的に安定であり、かつリチウムイオンが前記正極活物質
    あるいは前記負極活物質と電気化学反応をするための移
    動を行いうる物質を電解質物質としたことを特徴とする
    リチウム二次電池。
JP60046480A 1984-11-12 1985-03-11 リチウム二次電池 Granted JPS61206168A (ja)

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