JPS61237366A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JPS61237366A
JPS61237366A JP60077656A JP7765685A JPS61237366A JP S61237366 A JPS61237366 A JP S61237366A JP 60077656 A JP60077656 A JP 60077656A JP 7765685 A JP7765685 A JP 7765685A JP S61237366 A JPS61237366 A JP S61237366A
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JP
Japan
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particles
mno2
alkali metal
aqueous electrolyte
positive electrode
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Pending
Application number
JP60077656A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Matsui
徹 松井
Junichi Yamaura
純一 山浦
Yoshinori Toyoguchi
豊口 吉徳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61237366A publication Critical patent/JPS61237366A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01M4/36Selection 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
    • H01M4/483Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非水電解質二次電池、特にその正極の改良に
関する。
従来の技術 現在まで、Li、Na等のアルカリ金属を負極活物質材
料として用い、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラ
ン、プロピレンカーボネート、ジメLiBF4.LにJ
! 等を溶解した、いわゆる非水電解質を用いる二次電
池の開発が進められている。
しかし、この種の二次電池はまだ実用化されていない。
その理由は、充放電回数の寿命が短く、また、充放電に
際しての充放電効率が低いためであり、この性能劣化の
原因は、主に正極及び負極活物質の充放電における化学
的又は物理的可逆性の低下である。
非水電解質二次電池の正極活物質については、これまで
、T i 、 V 、 Cr 、Mo 等の層状構造も
しくはトンネル構造を有する酸化物及びカルコゲン化合
物が知られている。これらの構造を有する化合物では、
電池の充放電によりLi+等のアルカリ金属イオンが、
化合物の層もしくはトンネル内へ出入りする。このため
、化合物自体の結晶構造は単に膨張、収縮するのみで、
構造が著しく破壊されることがないので、二次電池用正
極活物質に適する。
ところで、M n O2は高い電圧、大きい放電容量、
として、非水電解質−次電池に適用され、小型電子機器
用電源をはじめとし広く利用されて込る。
Mn O2は、ルチル型の結晶構造であシ、上述のトン
ネル構造を有する0電池の放電にともない・Li”等の
アルカリ金属イオンがこのトンネル内に侵入、移動し、
いわゆる挿入反応が起きる。この放電過程では、Mn 
O2の作品構造は膨張するが、結晶構造そのものの破壊
はない。したがって、放電過程でM n OR内に侵入
したアルカリ金属イオンは、Mno2トンネル中を容易
に移動できる状態にある。
にもかかわらず、充電によシ、アルカリ金属イオンをM
 n OR内からとシ出すことが困難である。したがっ
て、M n O2を二次電池に用いた場合、充放電サイ
クルによる充放電容量の劣化が著しく、寿命が短いため
、M nO2は二次電池用正極活物質には不向きである
と言われている。
従来よシ、Mn O2を正極活物質に用いる一次電池に
おいて、この種の電池の性能を向上させる手段としては
、Mn O2と他の各種酸化物等との混合物もしくは化
合物を正極活物質として用いる方法が提案されている。
たとえば、MnO2と■2O5との混合物(特開昭54
 60422 ) 、MnO2とWO3もしくはMo 
Osとの化合物(同55−−j2675.同56−57
260)がある。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構成では、二次電池として充放電サ
イクルを試みても、充放電寿命を伸ばすことができなか
った。これは下記の理由による。
つまシ、充放電サイクル劣化の原因を考察した結果、こ
れは主に、放電にともなうMn 02粒子自体の電子伝
導性の低下であシ、副原因として、充電の際のM n 
02粒子の収縮によるM n 02粒子とカーボンブラ
ック等の導電剤粒子の分離による集電不良であることが
わかった。
■2o61Moo3.Wo3はそれ自体、絶縁体である
が、LL+等のアルカリ金属イオンが侵入すると高電子
伝導性を有することが知られている。しかし、上記の引
用例はいずれもMn 022粒子自の電子伝導性を高め
ることができない。っまシ、第1の引用例(%開昭54
−60422)では、庵ち粒子と72O6粒子が接触し
ておらず、LA+等かv2°6内に侵入し・72O5粒
子が高電子伝導性を有したとしても、それは、カーボン
ブラック等の導電剤と同様に正極板内の集電性を高めて
いるにすぎない。充電によシ、Mn O2よシ、I、i
+等のアルカリ金属イオンが放出され、Mn 02粒子
が収縮すると・Mn 02粒子と72O6粒子(同様に
カーボンブラック等の導電剤粒子も)が分離し、集電効
果が減少する。他の引用例では、WO3もしくはM o
 O3がMn O2複数酸化物を形成しておシ、もとの
WO3もしくはM o Os  の構造を有していない
ため、Li+等のアルカリ金属イオンが侵入してきても
、高い電子伝導性は発揮しえない。したがって、充放電
サイクルの寿命を伸ばすことができない。
本発明は、このような従来の欠点を除去するものであシ
、簡単な構成で、Mn O2の電子伝導性を高めるとと
もに、充放電のサイクルをぐシ返しても、導電剤粒子と
の分離の小さい正極活物質を作製することにより、充放
電挙動にすぐれた信頼性の高い非水電解質二次電池を提
供することを目的とする〇 問題点を解決するための手段 本発明の非水電解質二次電池は、正極活物質が一般式z
M2O6”yMo3 (ただl、M=aV+bMo+:
W+c+b+c=1)で表わされる酸化物をMnO2粒
子表面にM/Mn 原子比が0.02〜0.2  の範
囲で付着したものを用いることを特徴とする。
上記χM2O3・7MO3の意味するところは、v2o
59Mo2o5.W2O,1Moo3.WO3,および
、これら酸化物よシ合成されうる金属酸化数6〜eの酸
化物、複酸化物の一種もしくはこれらの混合物(固溶体
も含む)である。これらはいずれもLi”等のアルカリ
金属イオンを含むことによシ、含有前にくらべ著しい電
子伝導性を持つようになると共に、高いアルカリ金属イ
オン導伝性をも有している。
M nO2粒子表面への上記酸化物の付着は、これらを
水等で湿式混合し、M o Oaは240℃まで、他の
■2O6.Wo3等の酸化物では250℃までの温度で
乾燥して得られる。しかし、これを超える乾燥温度では
Mnとの複酸化物が生成する○したがって、これ以上の
温度で得た酸化物を放電しても表面、酸化物による高電
子伝導性の発現はみられないので、−次電池には使用で
きても二次電池としては不適である。
作  用 との技術的手段による作用は次のようになる。
本発明の正極活物質を用いると、電池組み立て直後の放
電過程において、Mn 02粒子表面にあるV2O6等
の酸化物へLL+等のアルカリ金属イオンが侵入し、高
電子伝導性を有するようになる。また、これらの表面酸
化物は1層状あるいはトンネル型構造を有しているため
、高いイオン伝導性があシ、M n O2粒子表面への
アルカリ金属イオンの拡散を助ける。充電過程では、放
電過程とは逆に、アルカリ金属イオンがM n O2よ
り放出される。この充電過程では、Mn 02粒子表面
に付着している酸化物からもアルカリ金属イオンが放出
されるが、すべてのアルカリ金属イオンが放出されえず
・表面酸化物の金属原子M1個当たp 0.2〜0.5
 個のアルカリ金属イオンが表面酸化物中に残るため、
依然として表面酸化物は高電子伝導性を有している。さ
らにこの結果、表面酸化物はアルカリ金属4オンを含ん
だままであるため、充電過程でも収縮が小さく、したが
って、導電剤であるカーボン粒子との分離が小さくなり
、集電不良という問題はなくなる。
また、M n O2と表面酸化物は、脱水縮合反応によ
シ、境界付近は化学的な力で強固に結合していると考え
られ、これは、単にMn O2粉末と、V2O6等の粉
末が物理的に接着している混合物とは異なる。よって充
放電を〈シ返してもMn O2と表面酸化物の分離は小
さく、活物質粒子の高電子伝導性を保つことができ、充
放電挙動にすぐれた正極活物質が得られる。
以上の作用は、表面酸化物中の金属原子数がMn原子数
に対して0.02以上で得られる。しかし、なシ、Mn
 02粒子への高電子伝導性の付与はむすかしぐ、充放
電サイクル寿命は低下するので、好ましくない。
実施例 以下、本発明の実施例を示す。
V2O5等の酸化物のMn 02粒子表面への付着は次
の様に行った。−例としてV2O,について示すが他の
酸化物も同様である。
Mn O2にはγ型を用いた。β型及びrWとβ型の中
間体であるγ/β型でも同様であるが、電池性能として
はγ型がすぐれていた。
こノγ型MnO3o、oorとV2O,1,569F(
77Mn=0.05)を水15QQとともに容器に入れ
、ペースト状になるまで充分混合した。このペースト状
液体を80’Cで予備乾燥し、さらに250℃で乾燥し
た。分析により、V2O6がMn 02粒子表面、特に
Mn O2の凹部に一様に付着しているのが見られた。
試験はすべて扁平型電池で行った。
正極活物質、カーボンブラック、及び四弗化工′チレン
樹脂を重量比で100対6対100割合で混合した。混
合物2O09をチタンのエキスバンドメタル集電体をス
ポット溶接した電池ケース内に成形し圧着した。極板の
直径は17.5 mmである。
負極には、厚さ0.38 ttrmの金属リチウムを用
い、ニッケルのエキスバンドメタル集電体をスポット−
溶接した封口板に加圧圧着した。
電解液には、プロピレンカーボネートとジメトキシエタ
ンを等体積の割合で混合したものに、1モル/1の割合
でLにj!04を溶解したものを用い、また、セパレー
タにはポリプロピレン不織布を用いた。
このように構成した電池において、2mAの定電流で2
.0〜3.8vの範囲で充放電を行った。
次表は、本発明の実施例及び比較例である正極活物質に
ついて充放電を行い、第2サイクルでの放電容量、第1
0サイクルでの放電容量、及びサイクル劣化量を記載し
たものである。ここで、サイクル劣化量は次式により求
めた。
サイン7111i=(第10力仔〃の放電容量−第2サ
イク1し勺試料1〜12ば、Mn○2粒子表面に各酸化
物を付着させたものであり、試料13はMnO2粉末と
v2O5粉末の単なる混合物である。試料9,1゜は、
それぞれ、■OとMoO3との混合物(モル比2対1)
、MoOとWO2との混合物(1対1)をM n 02
粒子表面に付着させたものであり、試料11.12は、
それぞれの式で示される複酸化物を付着させたものであ
る。
試料2〜4および6〜12と試料13を比較すると、M
 n 02粒子表面へ酸化物を付着させたものの方が、
単なる混合物よシも、サイクル劣化量において約3倍か
ら10倍すぐれていることがわかる。
また、試料1〜5を見ると、付着酸化物量が0.02よ
り少ない場合、および0.2を超える場合にはサイクル
劣化量の低減はない。なお、表には記載していないが、
他の酸化物でも同様な傾向が得られた。
発明の効果 以上のように、本発明によれば、簡単な構成で充放電の
サイクルをくり返してもサイクル劣化の少ない、信頼性
の高い二酸化マンガン非水電解質二次電池が得られる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 正極と、アルカリ金属イオン導伝性の非水電解質と、ア
    ルカリ金属を活物質とする負極を構成要素とし、前記正
    極の活物質が、一般式xM_2O_5・yMO_3(た
    だしM=aV+bMo+cW、a+b+c=1)で表わ
    される酸化物をMnO_2粒子表面にM/Mn原子比で
    0.02〜0.2の範囲で付着させたものである非水電
    解質二次電池。
JP60077656A 1985-04-12 1985-04-12 非水電解質二次電池 Pending JPS61237366A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0789410A1 (en) * 1996-02-02 1997-08-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Batteries and a manufacturing method of postitive active material for the batteries

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