JPS6166370A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPS6166370A
JPS6166370A JP59188577A JP18857784A JPS6166370A JP S6166370 A JPS6166370 A JP S6166370A JP 59188577 A JP59188577 A JP 59188577A JP 18857784 A JP18857784 A JP 18857784A JP S6166370 A JPS6166370 A JP S6166370A
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JP
Japan
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lithium
lead
negative electrode
alloy
secondary battery
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JP59188577A
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English (en)
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Satoshi Kitagawa
聡 北川
Kazumi Yoshimitsu
由光 一三
Kozo Kajita
梶田 耕三
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Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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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
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/40Alloys based on alkali metals
    • 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)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明はリチウム二次電池に関する。
〔従来の技術〕
従来、リチウム二次電池の負極には、金属リチウムが単
体で用いられていたが、充電時の析出リチウムが非常に
活性で電解液と反応したり、あるいは析出リチウムのデ
ンドライト成長のため内部短絡を起すなどの問題があっ
た。その改良として、リチウム−鉛合金を負極に用いる
ことが提案されている(たとえば特開昭57−1418
69号公報)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記リチウムー鉛合金は、リチウムと鉛との電気化学的
合金化反応により、リチウムを船中に拡散させることに
よって析出リチウムの電解液との反応や、デンドライト
成長を抑制しようとするものであるが、充電時における
リチウムと鉛との電気化学的合金化反応が充分に速いと
はいえず、そのため必ずしも充分な充放電特性が得られ
ていない。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上述した従来技術の問題点を解消するもので、
リチウム二次電池の負極に■リチウムと、(2)鉛と、
(3)マグネシウム、カルシウム、ガリウム、インジウ
ム、ケイ素、ゲルマニウムおよび錫よりなる群から選ば
れた少な(とも1種の金属との合金を用いることによっ
て充放電特性の優れたリチウム二次電池を提供したもの
である。
すなわち、リチウムを鉛と、マグネシウム、カルンウム
、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウムおよび
錫よりなる群から選ばれた少なくとも1種の金属(以下
、記号Mで示す金属という)とで合金化して負極に用い
ると、充電時のリチウムと鉛および記号Mで示す金属と
の電気化学的合金化反応速度がリチウムと鉛との合金化
反応速度より速くなり、析出リチウムの電解液との反応
やデンドライト成長がリチウム−鉛合金の場合よりもよ
り一層防止され、それによって充放電特性がリチウム−
鉛合金の場合よりもさらに向上するのである。
本発明において、リチウムと鉛と記号Mで示す金属との
合金中におけるリチウムと、鉛および記号Mで示す金属
との組成比としては、リチウム−鉛合金におけるリチウ
ムと鉛の組成比同様に、原子比でリチウム:鉛および記
号Mで示す金属が90=10〜5:95の範囲、特に8
0 : 20−15・85の範囲が好ましい、すなわち
、リチウムの量が前記範囲より多くなるとリチウムを鉛
と記号Mで示す金属とで合金化することによる充放電特
性の向上効果が充分に発揮されず、またリチウムの量が
前記範囲より少なくなると開路電圧が低下するため大き
な放電容量を得ようとすると負極体積を大きくしなけれ
ばならず、その結果、電池の薄形化、小形化が充分に達
成しえなくなるからである。とりわけ、リチウムを鉛と
記号Mで示す金属とで合金化することによる効果を顕著
に発揮させるには、上記範囲内でリチウムの原子比を鉛
と記号Mで示す金属との合計に対して50 : 50よ
り小さくするのが好ましい。
また、鉛と記号Mで示す金属との組成比としては、原子
比で鉛と記号Mで示す金属が55 : 45〜95:5
、特に60 i 40〜90 : 10の範囲が好まし
い、これは鉛の量が上記範囲より少なくなるとリチウム
−鉛合金の特徴である負極中へのリチウムの高いOr、
散速度が低下し、また鉛の量が上記範囲より多くなると
、マグネシウムなどの記号Mで示す金属の添加によるリ
チウムとの高い電気化学的合金化反応性が低下するから
である。
リチウムと鉛と記号Mで示す金属との合金の合成は、そ
れらの金属粉末を混合して加熱するいわゆる冶金法によ
ってもよいし、また電解液を利用した電気化学的合金化
反応によってもよい、さらに、リチウム−鉛合金が市販
されていることより、そのリチウム−鉛合金の市販品を
マグネシウムなどの記号Mで示す金属との電気化学的合
金化反応や冶金法による合金化反応に供してもよい。
正極活物質は、二次電池の正極活物質として使用可能な
ものであれば特に限定されることはないが、たとえば二
硫化チタン(Ti32)、二硫化モリブデンCMO52
)、三硫化モリブデン(MoS3)、二硫化鉄(FeS
2)、硫化ジルコニウム(ZrS2)、二硫化ニオブ(
N b S2 )、三硫化リンニッケル(NiPS3)
、バナジウムセレナイド(VSe2)などの遷移金属の
カルコゲン化物や活性炭素繊維などが二次電池特性が優
れていることから好ましい、とくに二硫化チタンは層状
構造を有し、その中でのリチウムの拡散定数が非常に大
きいことから、本発明において好期される。
電解質としては、リチウムイオン伝導性のものであれば
、有機電解質、固体電解質のいずれもが使用可能である
。を酸電解質としては、この種の電池において一般に電
解液と称され通常用いられている液状の有機電解質、た
とえば1.2−ジェトキシエタン、1.2−ジェトキシ
エタン、プロピレンカーボネート、T−ブチロラクトン
、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン
、1.3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキ
ソランなどの単独または2種以上の混合溶媒に、たとえ
ばL i CI O4、LiPF6、LiBF4、Li
B(CaH2)4などの電解質を1種または2種以上溶
解したものを用いることができる。また、固体電解質も
種々のものを用いることができるが、特に分解電圧の高
いLi4SiOa−Li3 PO4、Li5N−Li 
Iなどが好期される。
そして、前記液状有機電解質中にはLiPFjなどの安
定性に欠ける電解質の分解を抑制するためにヘキサメチ
ルホスホリックトリアミドなどの安定剤を含有させても
よい。
〔実施例〕
つぎに実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例1 リチウムと鉛とマグネシウムを原子比で30 : 56
;14(鉛とマグネシウムの原子比は80 二20)に
なるように秤取し、モリブデン製ボートに入れ、アルゴ
ン気流中750 ’Cで5時間熱処理して合金化させた
。得られたリチウム−鉛−マグネシウム合金を微粉砕し
、リチウム含量として約40mAh相当量を秤取し、加
圧成形して直径14m5、厚み0.2 anの成形体と
した。
正極としては二硫化チタン粉末をポリテトラフルオルエ
チレン粉末をバインダーとして厚さ0.351に成形し
、直径IIm謡に打ち抜いたものを用いた、正極の理論
電気容量は13mAhである。
電解質としては4−メチル−1,3−ジオキソランと1
.2−ジメトキシエタンとヘキサメチルホスホリックト
リアミドとの容量比60:35:5の混合溶媒にLiP
F6を1a+ol/lの割合で溶解させ・ た液状有機
電解質を用い、第1図に示すような電池を作製した。第
1図において、1は前記のごときリチウム−鉛−マグネ
シウム合金よりなる負極であり、2は二硫化チタンを正
極活物質とする正極である。3は前記の液状有機電解質
で、4は微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレ
ータであり、5はポリプロピレン不織布よりなる電解質
吸収体、6はポリプロピレン製のガスケット、7はステ
ンレスw4製で表面にニッケルメッキを施した負極缶、
8はステンレス鋼製で表面にニッケルメッキを施した正
極缶で、9はステンレス鋼製の集電網である。
実施例2 鉛とマグネシウムとの原子比を60 二4Gに変更した
ほかは実施例Iと同様にしてリチウム、鉛、マグネシウ
ムを合金化させ、得られたリチウム−鉛−マグネシウム
合金を微粉砕し、加圧成形して魚種としたほかは実施例
1と同様の電池を作製した。
実施例3 鉛とマグネシウムとの原子比を90 : 10に変更し
たほかは実施例1と同様にしてリチウム、鉛、マグネシ
ウムを合金化させ、得られたリチウム−鉛−マグネシウ
ム合金を微粉砕し、加圧成形して負極としたほかは実施
例1と同様の電池を作製した。
実施例4 リチウムと鉛とカルシウムを原子比で30 i 56 
:14 (119とカルシウムの原子比は1110 i
 20)になるように秤取し、モリブデン製ボートに入
れ、アルゴン気流中750℃で5時間熱処理して合金化
させた、得られたリチウム−鉛−カルシウム合金を微粉
砕したのち、リチウム含量として約40mAh相当量秤
取し、加圧成形して負極としたほかは実施例Iと同様の
電池を作製した。
実施例5 リチウムと鉛とガリウムを原子比で30 : 56 :
 14(鉛とガリウムの原子比は80 : 20)にな
るように秤取し、モリブデン製ボートに入れ、アルゴン
気流中550℃で5時間熱処理して合金化させた。得ら
れたリチウム−鉛−ガリウム合金を微粉砕し、リチウム
含量として約40mAh相当量を秤取し、加圧成形して
負極としたほかは実施例1と同様の電池を作製した。
実施例6 リチウムと鉛とインジウムを原子比で30 : 56 
:14 (鉛とインジウムの原子比は8072G)にな
るように秤取し、モリブデン製ボートに入れ、アルゴン
気流中600℃で5時間熱処理して合金化させた。
得られたリチウム−鉛−インジウム合金を微粉砕し、加
圧成形して負極としたほかは実施例1と同様の電池を作
製した。
実施例7 リチウムと鉛と錫を原子比で30:56:14(鉛と錫
の原子比は80 : 20)になるように秤取し、実施
仲11と同様にして合金化させた。
得られたリチウム−鉛−錫合金を微粉砕し、加圧成形し
て負極としたほかは実施例1と同様の電池を作製した。
実施例8 リチウムと鉛とケイ素を原子比で30:56i14(鉛
とケイ素の原子比は80 : 20)になるように秤取
し、実施例1と同様にして合金化させた。
得られたリチウム−鉛−ケイ素合金を微粉砕し、加圧成
形して負極としたほかは実施例1と同様の電池を作製し
た。
実施例9 リチウムと鉛とゲルマニウムを原子比で30756:1
4(鉛とゲルマニウムとの原子比は80 ; 20)に
なるように秤取し、実施例1と同様にして合金化させた
得られたリチウム−鉛−ゲルマニウム合金を微粉砕し、
加圧成形して負極としたほかは実施例1と同様の電池を
作製した。
実施例10 リチウムと鉛とガリウムとインジウムを原子比で30:
56:8.4  :5.6  (鉛とガリウムとインジ
ウムの原子比は80:12:8)になるように秤取し、
モリブデン製ボートに入れ、アルゴン気流中600℃で
5時間熱処理して合金化させた。
得られたリチウム−鉛−ガリウムーインノウム合金を微
粉砕し、加圧成形して負極としたほかは実施例1と同様
の電池を作製した。
実施例11 リチウムと鉛とマグネシウムと錫を原子比で30=56
:7;7(鉛とマグネシウムと錫の原子比は80 : 
10 : 10)になるように秤取し、モリブデン製ボ
ートに入れ、アルゴン気流中600℃で5時間熱処理し
て合金化させた。
得られたリチウム−鉛−マグネシウム−錫合金を微粉砕
し、加圧成形して負極としたほかは実施例1と同様の電
池を作製した。
比較Ill 1 直径14+sm、厚さ0.2 m+mのリチウムホイル
を負極に用いたほかは実施例1と同様の電池を作製した
比較例2 直114+wm、厚さ0.2111111で原子比30
ニア0のりチウム−鉛合金ホイルを負極に用いたほかは
実施例1と同様の電池を作製した。上記リチウム−鉛合
金ホイルにおけるリチウム含量は約30mAh相当量で
ある。
上記実施例1〜11の電池および比較例1〜2の電池を
充電終止電圧2,7■、放電終止電圧1.5vで、充電
電流2.5mA、放電電流2.5fflAの充放電サイ
クルテストを行ない、放電容量が1 m’A h以下に
なるまでのサイクル数を測定し、その結果を第1表に示
した。
第1表に示すように、リチウムを鉛と記号Mで示す金属
、すなわちマグネシウム、カルラシム、ガリウム、イン
ジウム、ケイ素、ゲルマニウムおよび錫よりなる群から
選ばれた少な(とも1種の金属とで合金化して負極に用
いた実施例1−11のN池は、リチウムを単体で負極に
用いた比較例1の電池に比べてはもとより、リチウム−
鉛合金を負極に用いた比較例2の電池に比べても、サイ
クル数が太き(、充放電特性が優れていた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればリチウムを鉛とマ
グ不ノウム、カルシウム、インジウム、ガリウム、ケイ
素、ゲルマニウムおよび錫よりなる群から選ばれた少な
くとも1種の金属とで合金化することにより、リチウム
二次電池の充放電特性を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のリチウム二次電池の一実施例を示す断
面図である。 ■・・・負極、  2・・・正極、  3・・・電解質
、  4・・・セパレータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)正極、リチウムイオン伝導性電解質および負極を
    有してなるリチウム二次電池において、負極に(1)リ
    チウムと、(2)鉛と、(3)マグネシウム、カルシウ
    ム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウムおよ
    び錫よりなる群から選ばれた少なくとも1種の金属との
    合金を用いたことを特徴とするリチウム二次電池。
  2. (2)正極活物質が遷移金属のカルコゲン化物である特
    許請求の範囲第1項記載のリチウム二次電池。
  3. (3)正極活物質が二硫化チタンである特許請求の範囲
    第2項記載のリチウム二次電池。
JP59188577A 1984-09-08 1984-09-08 リチウム二次電池 Pending JPS6166370A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6220249A (ja) * 1985-07-18 1987-01-28 Hitachi Maxell Ltd 非水電解質二次電池
EP1043789A1 (en) * 1998-10-22 2000-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Secondary cell having non-aqueous electrolyte

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