JPS6174268A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPS6174268A
JPS6174268A JP59195335A JP19533584A JPS6174268A JP S6174268 A JPS6174268 A JP S6174268A JP 59195335 A JP59195335 A JP 59195335A JP 19533584 A JP19533584 A JP 19533584A JP S6174268 A JPS6174268 A JP S6174268A
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lithium
alloy
metal
nickel
gallium
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JP59195335A
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Tatsu Nagai
龍 長井
Kazumi Yoshimitsu
由光 一三
Kozo Kajita
梶田 耕三
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Maxell Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C30/00Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C24/00Alloys based on an alkali or an alkaline earth metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C28/00Alloys based on a metal not provided for in groups C22C5/00 - C22C27/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
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    • HELECTRICITY
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    • H01M4/40Alloys based on alkali metals
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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〕 本発明はリチウム合金を1橿に用いるリチウム二次電池
に関する。
℃従来の技術〕 従来、リチウム二次電池の負極にはリチウムが単体で用
いるれでいたが、リチウふは充電時に1)l枝状結晶に
なりやすく、それによって内fJ短賂が発生したり、充
放電特性が低下するなどの欠点が  ′あった。
そのため、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リ
チウムーカリウムーイ/ノウムなとのリチウム合金を負
1に用いることが提案されている(たとえば米国特許第
4゜802.492号明細苫)。
:発明が解決しようとする問題点〕 上記のようなリチウム合金はリチウムに比べて樹枝状結
晶になることが少な(、電電化学的な特性はリチウムよ
り優れているが、板状に成形できる合金組成のものしか
使えず、たとえば原子比50:50のりチウム−アルミ
ニウム合金(Li−AI(5〇二50) ] 、原子比
50 ; 50のリチウム−鉛合金CL r −P b
 (So:50) 〕−原子比100  : 83.5
 :16.5のりチウム−ガリウム−インジウム合金〔
Li−C;a−In (100:83.5:16.5)
 )のように硬く脆いものでは、1い板状に成形するこ
とができないため、電池に応用しがたいという問題があ
った。
そこで、それらのリチウム合金を粉末にして加圧成形し
、得られた成形体を1掻として?4池に組込むことも検
針されているが、リチウム合金は粘着性がないため、成
形性が悪(、成形陳、金型から取り出したときに崩れて
+i+ ’Aの形状を保つことができなかったり、ある
いは成形できた基金でも、電池内での充放電サイクルに
よって析出リチウムやその母体であるリチウム合金が微
粉末化して脱落し、充放電特性のイ氏下を引き起すとい
う問題があった。
二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、
リチウム合金を扮宋状にして発泡金属に搗持させること
により、電池への応用を容易にし、かつ電池内での充放
電サイクルによる析出リチウムやリチウム合金の脱落を
防止して、リチウム合金の優れた電気化学的特性を生か
したリチウム二次1!池を提供したものである。
本発明において用いる発泡金属とは、セルメントの商品
名で市販されている金属の発泡体であり、たとえばポリ
ウレタン発泡体の網状部分の全表面に金属メッキを行な
って、内部に1!通孔ををするl!続した金属の三次元
網状構造中を形成したのち、加熱してポリウレタン部分
を燃焼させ、ついで】元感理を施すことによってつくら
れるもので、Ij1’;y、空孔率が45〜99容量%
の高空孔率の金泥の発泡体であり、ニッケル、鐘など各
種金属の発泡体が復業されているが、本発明において!
:、リチウムに対する安定性が高いことや+4電性の優
れていることからニッケルの発泡体ないしはニッケルを
主体とするニッケル合金の発泡体が好用される。
発泡金属によるリチウム合金粉末の担持二よ、たとえば
リチウム合金粉末をQ名金属上にふつかけ、り7ピング
(taPPillK :とんとんと軽く打ちつけること
)してリチウム台金粉末を発泡金属の空孔内に充填し 
加圧して電池にlfl蔭ものに通した形状に成形するこ
とによって行なわれる。その隔、発泡金属;二窒几が1
!!通しており、がっ空孔率が高いので多量のリチウム
合金粉末を担持させることができる。またリチウム台金
粉末をタッピングによって発泡金属の空孔内に充填し、
加圧成形することなく、そのまま電池に組込むこともで
きる。
上記のようにリチウム合金粉末を発泡金5に担持させて
電池に組込むと、発泡金には三次元國吠(δ1をしてい
るので、リチウム合金粉末二ま発泡金属の三次元網状構
造中に保持されて脱落しないが、充放電に際しては電解
液やリチウム合金/が発名金属の空孔内に入り得るので
充放電時性の低下を招くことはない、むしろ、充放電時
、発泡金属= !l 151体として働(ので、その面
からも充放1!特性の向上に寄与する。
発泡金属は、空孔が連通しているが三次天川状構造をし
ているので、これにリチウム合金粉末をlli持させ乙
とリチウム合金粉末の晩1:=生しないが、たこえばパ
ンチングメタルやエキスバンドメタルなどのように孔が
ストレートにおいているもので1;、たとえ孔を小さく
してもリチウム合金粉末か晩1しやす(、特に放電時に
リチウムつ(イオノ化してl;出してい(と、残ったリ
チウム合金はリチウムの減少につれて、粘着性がさら一
コ氏下し、パンチングメタルやエキスパントノタルかろ
きわめて容易に脱落するので、パンチングメタルやエキ
スバンドメタルはリチウム合金の担体とじで使用できな
い。
リチウム合金として二よ、たとえばリチウム−アルミニ
ウム(Li−AI)、リチウム−鉛(Li−Pb)、リ
チウム−ガリウム−インジウム(Li −Cta−In
)、リチウム−ケイ1(Li−3l)、リチウムーガ′
Jウム(L r −Ga) 、リチウム−インジウム(
Li−In)、リチウム−アンチモン(Li−3b)、
リチウム−ビスマス(Li−Bi)Fjどのリチウム合
金が用いられる。
電解液としては、この種の電池に通常用いられるを機電
M液、たとえば1.2−ノメトキノエタン、l、2−ノ
エトキンエタン、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/、4−メチル−1,3
−ジオキソランなどの!独または2種以上の混合溶媒に
、たとえばLlCIOa、LiPF5、LiBF4、L
iB(C6H5)aなどの電解質を114iまたは2種
以上溶解したものが用いられる。また、上記有&111
!解液中にLiPF6などの安定性に欠ける1!解質の
分解を防止するためにたとえばヘキサメチルホスホリッ
クトリアミドなどの安定剤をTも加してもよい。
正極活物質としては、たとえば二値化チタン(TiSz
)、二硫化モリブデン(MoS2)、三硫化モリブデン
(MoS3)−三硫化リンニノケ71/ (N i P
S3 ) 、二GIi[化ニオブ(NbS2)、ニオブ
セレナイド(NbSe2)、バナジウムセレナイド(V
5e2)などが用いられる。
r、実施例】 実施例1 リチウム合金として原子比100  : 83.5 :
 16.5のりチウム−ガリウム−インジウム合金(L
i−Ga −1n (+00  : 83.5 : 1
6.5) )を用いた。
合金の合成はリチウム、ガリウム、インジウムを所定量
秤取後、モリブデン製ボートに入れ、アルゴンガス流通
下で650℃で3時間熱処理することによって行なわれ
た。冷却後、得られたりチウム−ガリウム−インジウム
合金を微粉砕して粉末にした。
i!L径1径間6成形用金型に発泡ニッケル(空孔率9
5容fi9A、みか、す厚さ0.5−1をIt憂161
の円形に打ら抜いたものを入れ、その上に上記リチウム
ーガ’Jウムーイ/ノウム台金粉末132 ++g (
41,81nAh相当it)を入れ、夕、ピングして合
金粉末を発泡ニアケルの空孔内に充瞑した衾、5t/j
で加圧して厚さ0.28mmの円板状に成形し、それを
魚種として電池に組込んだ、正極に二よ131TIAh
相当の三硫化チタノをポリテトラフルオルエチレンをバ
インダーと巳で厚さ0.4 am%直径11.6+u+
に成形したものを用い、MMi&には4−メチル−1,
3−ジオキソランと1.2−ジメトキンエタンとヘキサ
メチルホスホリックトリアミドとの容量比60 : 3
5:5の混合7;媒に1.1PF6をl 1lol /
 l ?gWQさせたものを用い、直径20+*a、直
さ1.61で第1図に示す構成のボタン形リチウム二次
電池を作製した。
第1ズにおいて、lは上記のようにリチウム−ガリウム
−インジウム合金粉末を発泡ニッケルに担持させた11
4であり、2は二硫化チタンを加圧成形してなる工種で
ある。3は電解液、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、5はポリプロピレン不織布より
なる亀Fil ttt吸収体であり、6はポリプロピレ
ン製のガスゲット、7はステンレス鋼製で外面にニアケ
ルメッキを施した負極缶、8はステンレス精製で外面に
ニッケルメッキを施した正損缶、9はステンレスSI網
よりなる正極vA電体である。
上記電池を充r&終止電圧2.7■、放電終止電圧1.
3■で充放電とも5mAの定電流で充放電サイクル試験
を行なった。サイクル数に対する放電容量を第2図に示
す。
比較例1 実施例1と同様のリチウム−ガリウム−インジウム合金
粉末を発泡ニッケルを用いることなく加圧成形したこと
を陳いては実施例1と同様の電池を作製した。
上記電池を実施例1と同条件下で充放電させたときのサ
イクル数に対する放電容9を:JJ2図に示す。
茅2図より明らかなように、リチウムーガリウムーイン
ノウム合金粉末を発泡ニッケルに担持させた実施例1の
電池は従来電池である比較例1の電池に比べてサイクル
特性が優れていた。
1000サイクル後の電池を分解して負極の伏態を調べ
たところ、実施例1の電池ではリチウムーガリウムーイ
ンノウム合金粉末が発泡ニッケルの空孔内に保持されて
合金粉末の脱落が防止されていたが、リチウムーガリウ
ムーインノウム合金粉末を発泡ニッケルに担持させてい
ない比較例1の電池では、合金粒子間の密着力がほとん
どないため、非富に崩れやすい状悠にあった。
なお、実施例では、リチウム−ガリウム−インジウム合
金について説明したが、Q泡金匡による担持効果はリチ
ウム−アルミニウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム
−ガリウム合金、リチウムーイノジウム合金、リチウム
−ケイ素合金、リチウム−アンチモン合金、リチウム−
ビスマス台金などのリチウム合金についてもリチウム−
ガリウム−インジウム合金の場合と同様に得られるもの
であり、本発明はりチウムーガリウふ−インジウム合金
の場合のみに限られるものではなく、それらリチウムー
ガリウムーイノノウム合金以外のリチウム合金について
も通用されるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、リチウム合金を
負極に用いるリチウム二次電池において、リチウム合金
を粉末にして発泡金属に型持させることにより、リチウ
ム合金の電池組込みを容易にし、かつTL/lh内での
充放電サイクルによるリチウム合金の脱落を防止して、
リチウム合金の優れた電気化学的特性を二次電池におい
て生がすことができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のリチウム二次′@池の−X施伊jを示
す断面図であり、第2ズは本発明のリチウム二次電池と
従来のリチウム二次電池の充放電サイクルテストにおけ
るサイクル数に対する放電容量を示す図である。 1・・・負極、 2・・・正損、 3・・・電解液、 
4・・・セパレータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)リチウム合金を負極に用いるリチウム二次電池に
    おいて、リチウム合金を粉末にして発泡金属に担持させ
    たことを特徴とするリチウム二次電池。
  2. (2)リチウム合金粉末を発泡金属の空孔内に充填し加
    圧して電池組込みに適した形状に成形してリチウム合金
    を発泡金属に担持させた特許請求の範囲第1項記載のリ
    チウム二次電池。
  3. (3)発泡金属がニッケルの発泡体である特許請求の範
    囲第1項または第2項記載のリチウム二次電池。
  4. (4)リチウム合金がリチウム−アルミニウム合金、リ
    チウム−鉛合金、リチウム−ガリウム−インジウム合金
    、リチウム−ガリウム合金、リチウム−インジウム合金
    、リチウム−ケイ素合金、リチウム−アンチモン合金お
    よびリチウム−ビスマス合金よりなる群から選ばれた少
    なくとも1種である特許請求の範囲第1項、第2項また
    は第3項記載のリチウム二次電池。
  5. (5)正極に二硫化チタン、二硫化モリブデン、三硫化
    モリブデン、三硫化リンニッケル、二硫化ニオブ、ニオ
    ブセレナイドおよびバナジウムセレナイドよりなる群か
    ら選ばれた少なくとも1種を用いた特許請求の範囲第1
    項、第2項、第3項または第4項記載のリチウム二次電
    池。
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