JPS62145650A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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Publication number
JPS62145650A
JPS62145650A JP60286002A JP28600285A JPS62145650A JP S62145650 A JPS62145650 A JP S62145650A JP 60286002 A JP60286002 A JP 60286002A JP 28600285 A JP28600285 A JP 28600285A JP S62145650 A JPS62145650 A JP S62145650A
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JP
Japan
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alloy
negative electrode
discharge
battery
cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP60286002A
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English (en)
Inventor
Hide Koshina
秀 越名
Takafumi Fujii
隆文 藤井
Nobuo Eda
江田 信夫
Teruyoshi Morita
守田 彰克
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 JPS62145650A publication Critical patent/JPS62145650A/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
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
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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 本発明は非水電解液二次電池に関するもので、特にその
負極材料の改良に関するものである。
従来の技術 従来より非水電解液二次電池には負極活物質としてリチ
ウム、ナトリウム、アルミニウムなどを用いることが知
られている。このような負極活物質を二次電池の負極に
用いる方法には、大別して次の2つに別けられる。
(1)負極活物質そのものの単体金属だけで負極材料を
形成するもの。
(2)負極活物質を吸蔵、放出する保持体とともに負極
材料を形成するもの。
(2)における保持体にはCd、Pb、Sn、Biなど
の可融合金がよく用いられる。1と2を比較した場合、
1の単体金属を用いた方が2の可融合金などの保持体を
用いるよりも単位体積当りの充放電容量は大きい。例え
ば、Liを活物質とした場合、その単体の単位体積当り
の容量は2062mAh/ccであり、可融合金の中で
吸蔵量が大きいPb−In−Cd系、もしくはPb−B
1−Cd系では1700mAh/cc。
活物質を吸着、脱離するLiB  では13oOrI3
Ah/CCである。
以上の他にLi−At合金、Li−Hg合金などがある
が、可融合金と比較し、一般的にL L −At合金で
はβ相(原子比でリチウムが46〜55係)しか利用で
きず、容量は小さい。またL i−Hg合金は放電時に
液状となり、極板形成が困難である。
実際に上記(1) 、 (2)の2種の負極材料を、活
物質にLiを用い、電解液として過塩素酸リチウムを溶
解した炭酸プロピレン(以下Pc と略す)を用いて電
池を構成した場合、1の金属活物質単独では充電時にリ
チウムのデンドライトが成長し、少ない充放電回数のう
ちに正・負極の短絡現象がおこる。このだめ電池の寿命
は短くなる。
一方、2の保持体を用いる方法では活物質が吸蔵され合
金化するため、デンドライトは生じないので安定な充放
電を与えることができる。
ここでは保持体として優れた性能をもつ可融合金につい
て説明する。
可融合金の特徴を次にあげる。
(1)低融点金属(Cd、Bi、Sn、Pbなど)ヲ用
いるため、高融点の5n−Niなどに比べ合金化にとも
なう消費電力が少なく安価に製造できも(11)一般的
に延展性があり、加工性に優れている。
(110合金系の選択により充放電4位の制御、設計が
できる。
発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、可融合金の特徴として上述
したように、その代表例であるPb−In−Cd系合金
は充放電レート特性が悪く、その限界改流密度は1.6
mA/7以下である。このため急速な充放電では分極が
大きく、容量の大きな電池では問題となる。また合金の
負極活物質吸蔵能力に対し、放出量が70%と低いため
、1oO%近い充放電効率を得ようとする場合、残りの
30%の活物質量を添加しなくてはならない。例えば活
物質吸蔵能力が80mAhの合金に活物質を60mAh
  添加した時、放電量は26 mAh  となる。
従って50 mAh  を放出させるためには活物質を
74mAh 添加しなくてはならない。従って電池設計
上、余分な体積を必要とすることになり、電池容積に対
する容量が小さくなるという問題点がある。
Ccl−In−Pb系合金の他にPb−B1−Cd系合
金は充放電レート特性が良好で、およそPb−In−C
d系合金の2倍の性能をもつ。また負極活物質吸蔵能力
に対する放出量は約90%と高く、電池設計上Pb−I
n−Cd系より改善されている。しかし、放電4位がL
iを基準にした時Pb−In−Cd系合金のo、s〜0
.6vより高く、0.6〜0.8 ■であるため電池と
しては放電々圧は低下するという問題点がある。
また公害面では両者ともCdを含んでいるため、これか
らの電池開発の妨げとなるかもしれない。
本発明はこのような問題点を解決するために負極材料と
してIn−3n−Zn系可融合金を用いることを目的と
するものである。
問題点を解決するだめの手段 上記の問題点を解決するために、本発明は非水電解液二
次電池の負極材料にS n/Z nの重量比が2以上で
、かつZnの合金全体に占める量が10〜30重量係で
あシ、残部InとするIn−8n−Zn系合金を用いた
ものである。
作  用 本発明の範囲内にあるIn−3n−Zn系合金はPb 
−I n−Cd系、Pb −B 1−Cd系合金と同等
の活物質吸蔵量(約1700 mAh/cc )  を
もち、放電4位がCd−B1−Pb系合金より低いため
、放電々圧の高い電池の製作が可能である。またPb 
−B i −Caよりも高い初期充電効率、約92チを
もつため、電池設計上Pb −I n−Cd系のような
余分な体積を必要としないため、大容量の電池の製作が
可能となる。又公害面ではCd0代わりにZnを用いた
ことにより低公害性の電池の作成が可能となる。
本発明のIn−8n−Zn系合金を作成するにあたり、
SnとZn  の重量比S n/Z nが2より小さい
場合にはZnが偏析し、均一な合金電極を作成すること
ができなかった。しかし重量比Sn/Znが2以上の場
合、電極としての特性は変らず良好な結果であった。ま
たZnの合金全体に占める量が重量パーセントで10よ
り小さい場合は電極のくずれが早く、30重量係を超え
る場合には活物質吸蔵能力が低下し、大容量の電池には
不適であることがわかった。
以上のよう々結果を得たのち、Liを活物質として行っ
た本発明の実施例を第1〜第6図を用いて説明する。
実施例 ここで用いた合金組成は本発明の範囲のうちの1つであ
るIn:Sn:Zn=30:50:20重量%のものを
用いた。なお、この組成以外でも前述した本発明の範囲
内のものは同等の性能をもつことがわかっている。
第1図は本発明の負極合金を他の合金と比較するために
用いた単極測定セルの構成図である。図中1はサンプル
、極であり、リード付Ni板の対極側にステンレス鋼製
ネットを圧着したサンプル(外径16聴×厚さ100μ
m)をスポットしである。2はリチウム単板の対極、3
はリチウム単板の参照電極である。電解液には1モル/
lの過塩素酸リチウムをプロピレンカーボネート(PC
)に溶解したものを用いた。
第2図は第1図で構成した単極測定セルを用いて、本発
明のIn−8n−Zn系合金とPb−In−Cd系、P
b−B1−Cd系合金の1サイクル目の充放電曲線を比
較したものである。充放電々流ば1mA/C−r!であ
る。
図中(八はIn−5n−Zn(In:Sn:Zn==3
0:50:20重量%) (B)はPb−B 1−Cd(Pb:Bi:Cd=40
:40:20重量%) (qはPb−I n−Cd (Pb:In:Cd=40
:40:2゜重量%) の合金を示す。
第2図よυ本発明の合金は、充放電容量が(B)のPb
−B1−Cd系合金と同等であり、かつ充放電効率(放
電容量/充電容量;92%)が他の合金(Pb−In−
Cd系合金;27%、 Pb−B1−Cd系合金;86
%)より大きいことがわかる。またPb−B1−Cd系
合金と比較し、放電4位が低いことがわかる。
第3図は本発明の負極合金のサイクル特性をみるために
用いた外径が20m+n、総高が1.6慣の電池の一部
所面図を示す。図中4は負極合金、6はステンレス鋼製
負極集電体、6はステンレス鋼製封口板、7はステンレ
ス鋼製ケース、8はチタン製正極集電体、9は三酸化モ
リブデンを正極活物質とした正極合剤、10は微細孔を
もつポリプロピレン製セパレータ、11はポリプロピレ
ン製含浸材、12はポリプロピレン製ガスケットである
正極は、その組成が重量部でM。o3:1oOに対しカ
ーボンブラック16、フッ素樹脂系結着剤15とし、容
量が80mAhとなるように充填し、打抜いたものを用
いた。
電解液には1モル/lの過塩素酸リチウムを溶解したP
cを用いた。そして負極は圧延、打抜いた合金(外径1
6)×厚さ1oOμm)にステンレス鋼製ネットを圧着
したのち、ネットを封口板にスポットしている。活物質
のリチウムは60mA h  の容量をもつように打抜
き、不活性雰囲気下で合金と短絡させ、吸蔵させたのち
、電池に組み込んだ。
第4図は本発明の合金を第3図に示した電池で実施した
際の40サイクル目の充放電曲線である。
充放電々流は1 mAとし、充電時カプト電圧を3V、
放電時カット電圧を1vとした。
図中(ト)が本発明の合金を興用したもの、(B)がP
b−B1−Cd合金を用いたもの、(C1がPb−In
−Cd合金を用いたものである。第4図より本発明の合
金を使用した電池が高い放電々圧と大きい容量をもつこ
とがわかる。
第6図は第3図に示した電池のサイクル特性を示したも
のである。図中へ)が本発明の合金を使用したもの、(
B)がPb −B 1−Cd合金を用いたもの、(qが
Pb−In−Cd合金を用いたものである。第5図より
本発明の合金を使用した電池が優れたサイクル特性をも
つことがわかる。
発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明の合金を用いた非
水電解液二次電池は、電池設計上従来のものより大容量
化が可能であり、かつリチウムのデンドライトを生じる
ことなく安定な充放電サイクルを与えることができる。
また公害面ではCdを用いないため、低公害性の電池を
供給できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における単極測定セルの構成
図、第2図は本発明の一実施例における充放電曲線図、
第3図は本発明の一実施例の電池の一部断面図、第4図
は同電池の充放電曲線図、第6図は同電池のサイクル特
性図である。 1・・・・・・サンプル極、2・・・・・・対極、3・
・・・・・参照電極、4・・・・・・負極合金、6・・
・・・・負極集電体、6・・・・・・封口板、了・・・
・・・ケース、8・・・・・・正極集電体、9・・・・
・・正極合剤、1o・・・・・・セパレータ、11・・
・・・・含浸材、12・・・・・・ガスケット。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1基筒 
 1  図                    
             !・−・+r、/フうし袖
I 2 図 Ff  間  (hr) 第4図 埼 na”j  (hp) 第5図 ブイクル数 (〜)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルカリ金属塩を支持電解質とする非水電解液と
    、再充電可能な正極及び前記アルカリ金属を充電時に吸
    蔵し、放電時にアルカリ金属イオンを放出する負極材料
    からなる電池であって、負極材料がIn、Sn、Znか
    らなる可融合金である非水電解液二次電池。
  2. (2)負極材料の成分組成がSnとZnとの重量比Sn
    /Zn≧2であり、かつZnの合金全体に占める量が1
    0〜30重量%であり、残部がInである特許請求の範
    囲第1項記載の非水電解液二次電池。
JP60286002A 1985-12-19 1985-12-19 非水電解液二次電池 Pending JPS62145650A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7811706B2 (en) 2004-11-08 2010-10-12 Sony Corporation Battery
CN102437319A (zh) * 2011-12-27 2012-05-02 北京科技大学 一种用于锂离子电池的负极材料及制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7811706B2 (en) 2004-11-08 2010-10-12 Sony Corporation Battery
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