JPS62147656A - リチウム−アルミニウム合金電極の製造方法 - Google Patents
リチウム−アルミニウム合金電極の製造方法Info
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- JPS62147656A JPS62147656A JP60287807A JP28780785A JPS62147656A JP S62147656 A JPS62147656 A JP S62147656A JP 60287807 A JP60287807 A JP 60287807A JP 28780785 A JP28780785 A JP 28780785A JP S62147656 A JPS62147656 A JP S62147656A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
L1上立■ユ方■
本発明は、非水二次電池用の負極として有用なりブウム
ーアルミニウム合金電極の製造方法に関ずる。
ーアルミニウム合金電極の製造方法に関ずる。
【未立及北
現在、汎用されている二次電池には、鉛蓄電池、ニッケ
ルーカドミウム電池等が知られている。これらの二次電
池は、単セルの電池電圧が2.0ボルト程度であり、一
般には水溶液系電池である。 近年、電池電圧を高く取ることが出来る二次電池として
、リチウムを負極に用い、導電性高分子、層間化合物ま
たは無機酸化物等を正極に用いた二次電池の研究が盛ん
に行われており、高エネルギー密度二次電池として期待
されている。 リチウム二次電池の場合、負極がリチ・クム単独である
と、充電時にリチウムイオンが還元されてリチウム金属
になる時にアンドライトが生じ、充放電効率の低下おJ
:び正・負極の短絡等の問題が起きる。 そのため、アンドライトを防止し、負極の充放電効率、
1ナイクル写命を改良するための技術開発が故多く報告
されており、−例としてリチウム−アルミニウム合金を
(1極として用いることが良く知られている(特開昭5
9−108281−号)。 しかし、一般に金属粉末を成形する場合は、高圧で成形
したり、730圧下で加熱づる等の粉末冶金法が採用さ
れているが、このような方法でリチウム−アルミニウム
合金粉末から極板を成形しようとしても、強固な極板に
はならず、崩壊が起こり、極板として性能相持が回動で
あった。従って、この極板を二次゛心地の負極として使
用した場合は、性能の良好な二次電池が得られないと言
う問題があった。 この」:うな観点から、本発明者等は、リチウム−アル
ミニウム合金粉末からなる極板の不均一性と崩壊性を改
良するために、リヂウムーアルミニウム合金粉末に結着
剤どして右la高分子を配合し、加圧成形しC得られる
極板を負極として用いた二次電池を112案したく特願
昭60−167627号)。この有機高分子を結着剤と
して含む極板は、極板が崩壊しないので極めて高い信頼
性を有し、二次電池の負極とし有用であるが、有機高分
子自体が絶縁体であり、電極内部抵抗を増大さゼる因子
どなり、必ずしも満足すべき結着剤ではなかった。 さらに最近、リヂウムーアルミニウム合金粉末とリチウ
ム粉末から成形された極板を二次電池の負極として用い
ることが提案されている(特開昭60−175366号
)。しかし、この負極はプントライ・トの改良効果が必
ずしも満足すべきものでなく、負極どしての強度や性能
が維持できないと言う問題がある。 0 < °し 〜と る3、r 】 本発明の目的は、均一性に優れ、かつ崩壊性の改良され
た、充放電時にプントライ1−の発生が無く、高エネル
ギー密度で、低自己放電率および高充放電効率で作動す
る二次電池の負極を提供することにある。 「1 冷 ゛するための−・ 本発明者らは、前記従来技術の欠点を解決すべく種々検
討した結果、リヂウムーアルミニウム合金粉末に結着剤
として、結着剤自体が導電性を有し、合金粉末を結着さ
せうるビスマス粉末を混合し、成形して得られる極板が
、前記目的を充足する負極となりうろことを児出し、本
発明を完成するにいたつIC6 即ち、本発明に従えば、リチウム−アルミニウム合金粉
末とビスマス粉末からなる混合物を加圧成形づることを
特徴とげるリヂウムーアルミニウム合金電極の製造方法
が提供される。 本発明において使用されるリヂウムーアルミニウム合金
粉末は、粗粉末または1兎をボールミルによって粉砕し
、粉末状となした後、篩等にJ:って分級して14.ら
れる粒径が50メツシ一1以上、好ましくは、200か
ら500メツシユ、さらに好ましくは200から300
メツシユ間の粉末を減圧下、200°Cから400℃の
温度において乾燥してから用いることが好ましい。上記
の加熱処理ににって、合金粉末表面上の不純物が除去さ
れ結着剤としてのビスマス粉末と混合する時にビスマス
粉末との接着性がよくなる。使用されるリヂウムーアル
ミニウム合金粉末の組成比は、45:55から55 :
45の原子量比のものが好ましい。このような原子量
比のり=f−ウムーアルミニウム合金粉末は、リチウム
の拡散速度が最も大ぎく、電極材料として使用するのに
掻めて有効である。 本発明において結着剤として使用される×ビスマス粉末
は、融点が約271.11℃であり、6機溶媒や電解質
に対して不活性であり、不純物や溶出物が無く、導電性
も良好である。 ビスマス粉末の配合n1は、リチウム−アルミニウム合
金粉末に対して、1重量%から50重量%、好ましくは
5重M%から20重石%である。ビスマス粉末の配合量
が1重量%未満では、リチウム−アルミニウム合金の充
放電時の崩壊性の改良効果が充分でなく、一方、ビスマ
ス粉末の配合1i150fi帛%より多い場合には、リ
ヂウムーアルミニウム合金電極としての利点が失われ、
エネルギー密度の良好な電池が得られない。 リチウム−アルミニウム合金粉末とビスマス粉末どの混
合物から電極を作製する方法としては、例えば以下の方
法があげられる。 (1) リチウム−アルミニウム合金わ)末とビスマ
ス粉末とを均一に混合し、次いで電極の形状をした金型
内に混合物を充填し、常温にて圧力を加えて成形する方
法があげられる。この際の圧力は、混合物の充1!1′
lff1により異なるので一概には決められないが、一
般には0.2t/ClR2から5t/υ2が良く、最も
好ましい圧力範囲は0.2t/Cm2から1t/crR
2である。 (2) リチウム−アルミニウム合金粉末とビスマス
粉末とからなる混合物を前記(1)と同様な方法によっ
て、常温で加圧成形後、ビスマス粉末の融点以下、常温
より高い温度で加熱、または加熱加圧処理する方法。 (3) リヂウムーアルミニウム合金粉末とビスマス
粉末とからなる混合物を電極の形状をした金型内に充填
して、ビスマス粉末の融点以下、常温より高い温度で加
熱加圧処理でる方法。 上記(2)および(3)の加熱加圧処理の際の圧力は前
記(1)と同様である。 また、上記(2)および(3)の方法にJ3ける加熱は
、常温から徐々に処理温度まで’Afi−さけてもよい
し、まず、最初から処理温度まで加熱しておいてもよい
。(2)および(3)の方法において、処理温度がビス
マスの融点より高い場合は、本発明の効果が得られない
。処I![!温度が常温の場合は、(1)の方法と同様
になって格別の息味が認められず、また処理温度が常温
より低い場合は、本発明の効果が得られない。 さらに、上記(2)および(3)の方法における加熱時
間は、処理温度により選択され、処理温度と処し!I!
時間は反比例の関係となる。例えば処理温度が250℃
の場合、1分から30分、好ましくは2分から15分の
時間が望ましい。 前記、(1) 、 (2)および(3)の方法のうちで
、(3)の方法が特に好ましい。 なお、リヂウムーアルミニウム合金粉末は、水分、酸素
、窒素等に対して極めて反応性が高いことから、粉砕、
混合、成形、加熱等の操作は、不活性ガス雰囲気下また
は真空下で行うことが望ましい。 支−1−3 次ぎに、実施例および比較例を挙げて本発明を更に詳細
に説明する。 実 施 例 〔°電極の作成〕 水域金属(…社製の原子M比が50 : 50のリチウ
ム−アルミニウム合金の塊をアルゴンガス雰囲気下で、
ボールミルを用いて1時間粉砕した。得られたリチウム
−アルミニウム合金粉末を200から300メツシーL
の篩上にて分級し、その粉末を減圧に引きながら350
℃に加熱して、1時間乾燥をd3こなった。 結着剤としてのビスマス粉末は、(+9高純度化学研究
所製の粉末を200から300メツシユの篩上にて分級
し、その粉末を150℃に加熱して、1時間真空乾燥し
た。 前記のように処理して得られたリチウム−アルミニウム
合金粉末とビスマス粉末をlff1比で合金粉末80に
対してビスマス粉末20の割合で配合し、タンブラ−混
合機にて2時間混合し、合金粉末とビスマス粉末を均一
化した。混合された粉末35mgをIOMφの金型に充
填し、0.5t/cm2の圧力で加圧しながら、毎分1
0℃の背温速度で250℃まで加熱し、5分間その温度
を維持したあとで冷却を実施した。得られた電極は、厚
みが350μm、嵩密度が1.39/cm3であった。 この電極は、均一性および強度に優れ、崩壊することは
なかった。 〔電池性能試験〕 上記の方法で作製した電極を0極とし、11極にポリア
ニリンを用いて、図に示す実験セルに組み込み、正極と
0極の間には体積比が1:1のプロピレンカーボネート
と1.2−ツメ1〜キシエタン混合溶媒にホウフッ化リ
ヂウム電解質を1モル/愛の濃度で溶解さUた電解液を
含浸した多孔性ポリプロピレン隔膜を入れ、両極が短絡
しない構造とした。 充放電時の電流密度を3TrLA/cm2に設定し、通
電量が15クーロンになるまで充電し、放電時の下限電
圧を1.Ovにした条件下で充放電の繰り返し試験を行
った。サイクル数5回目の放電量は、145クーrコン
であり、充放電効率が97%になり、その時のリチウム
利用率は15%であった。この電池は、Iナイクル数3
00回目でも5回目と同様な結束であり、301回目に
自己放電試験を720時間で行ったところ、3,8%の
自己放電率であった。 旧−較−1 実施例で負極どして用いたりヂウムーアルミニウム合金
粉末とビスマス粉末からなる電極の代わりに、実施例と
同様な方法で作製したりヂウムーアルミニウム合金のみ
からなる電極を負極として用いた以外は、実施例と同じ
充放電条件にてサイクルテストを実施した。その結果、
5回目の放PmW1は、13.2クーロンであり、充放
電効率93%であった。その時のリチウム利用率は13
.7%であったが、サイクル数150回目で充放電効率
が80%と低下し、次の回で自己放電、率を測定したと
ころ、720時間で80%であった。実験終了後、電池
セルを分解し負極を観察したところ崩壊がひどく電極形
状を維持していなかった。 11%1皿 以上記述したように、リヂウムーアルミニウム合金粉末
とビスマス粉末を混合し、加圧成形する方法で電極を製
造すると、電極崩壊の無い強固なりチウム−アルミニウ
ム合金電極がえられ、高エネルギー密度、低自己放電率
、高充放電効率で作動する二次電池を得ることが可能と
なった。
ルーカドミウム電池等が知られている。これらの二次電
池は、単セルの電池電圧が2.0ボルト程度であり、一
般には水溶液系電池である。 近年、電池電圧を高く取ることが出来る二次電池として
、リチウムを負極に用い、導電性高分子、層間化合物ま
たは無機酸化物等を正極に用いた二次電池の研究が盛ん
に行われており、高エネルギー密度二次電池として期待
されている。 リチウム二次電池の場合、負極がリチ・クム単独である
と、充電時にリチウムイオンが還元されてリチウム金属
になる時にアンドライトが生じ、充放電効率の低下おJ
:び正・負極の短絡等の問題が起きる。 そのため、アンドライトを防止し、負極の充放電効率、
1ナイクル写命を改良するための技術開発が故多く報告
されており、−例としてリチウム−アルミニウム合金を
(1極として用いることが良く知られている(特開昭5
9−108281−号)。 しかし、一般に金属粉末を成形する場合は、高圧で成形
したり、730圧下で加熱づる等の粉末冶金法が採用さ
れているが、このような方法でリチウム−アルミニウム
合金粉末から極板を成形しようとしても、強固な極板に
はならず、崩壊が起こり、極板として性能相持が回動で
あった。従って、この極板を二次゛心地の負極として使
用した場合は、性能の良好な二次電池が得られないと言
う問題があった。 この」:うな観点から、本発明者等は、リチウム−アル
ミニウム合金粉末からなる極板の不均一性と崩壊性を改
良するために、リヂウムーアルミニウム合金粉末に結着
剤どして右la高分子を配合し、加圧成形しC得られる
極板を負極として用いた二次電池を112案したく特願
昭60−167627号)。この有機高分子を結着剤と
して含む極板は、極板が崩壊しないので極めて高い信頼
性を有し、二次電池の負極とし有用であるが、有機高分
子自体が絶縁体であり、電極内部抵抗を増大さゼる因子
どなり、必ずしも満足すべき結着剤ではなかった。 さらに最近、リヂウムーアルミニウム合金粉末とリチウ
ム粉末から成形された極板を二次電池の負極として用い
ることが提案されている(特開昭60−175366号
)。しかし、この負極はプントライ・トの改良効果が必
ずしも満足すべきものでなく、負極どしての強度や性能
が維持できないと言う問題がある。 0 < °し 〜と る3、r 】 本発明の目的は、均一性に優れ、かつ崩壊性の改良され
た、充放電時にプントライ1−の発生が無く、高エネル
ギー密度で、低自己放電率および高充放電効率で作動す
る二次電池の負極を提供することにある。 「1 冷 ゛するための−・ 本発明者らは、前記従来技術の欠点を解決すべく種々検
討した結果、リヂウムーアルミニウム合金粉末に結着剤
として、結着剤自体が導電性を有し、合金粉末を結着さ
せうるビスマス粉末を混合し、成形して得られる極板が
、前記目的を充足する負極となりうろことを児出し、本
発明を完成するにいたつIC6 即ち、本発明に従えば、リチウム−アルミニウム合金粉
末とビスマス粉末からなる混合物を加圧成形づることを
特徴とげるリヂウムーアルミニウム合金電極の製造方法
が提供される。 本発明において使用されるリヂウムーアルミニウム合金
粉末は、粗粉末または1兎をボールミルによって粉砕し
、粉末状となした後、篩等にJ:って分級して14.ら
れる粒径が50メツシ一1以上、好ましくは、200か
ら500メツシユ、さらに好ましくは200から300
メツシユ間の粉末を減圧下、200°Cから400℃の
温度において乾燥してから用いることが好ましい。上記
の加熱処理ににって、合金粉末表面上の不純物が除去さ
れ結着剤としてのビスマス粉末と混合する時にビスマス
粉末との接着性がよくなる。使用されるリヂウムーアル
ミニウム合金粉末の組成比は、45:55から55 :
45の原子量比のものが好ましい。このような原子量
比のり=f−ウムーアルミニウム合金粉末は、リチウム
の拡散速度が最も大ぎく、電極材料として使用するのに
掻めて有効である。 本発明において結着剤として使用される×ビスマス粉末
は、融点が約271.11℃であり、6機溶媒や電解質
に対して不活性であり、不純物や溶出物が無く、導電性
も良好である。 ビスマス粉末の配合n1は、リチウム−アルミニウム合
金粉末に対して、1重量%から50重量%、好ましくは
5重M%から20重石%である。ビスマス粉末の配合量
が1重量%未満では、リチウム−アルミニウム合金の充
放電時の崩壊性の改良効果が充分でなく、一方、ビスマ
ス粉末の配合1i150fi帛%より多い場合には、リ
ヂウムーアルミニウム合金電極としての利点が失われ、
エネルギー密度の良好な電池が得られない。 リチウム−アルミニウム合金粉末とビスマス粉末どの混
合物から電極を作製する方法としては、例えば以下の方
法があげられる。 (1) リチウム−アルミニウム合金わ)末とビスマ
ス粉末とを均一に混合し、次いで電極の形状をした金型
内に混合物を充填し、常温にて圧力を加えて成形する方
法があげられる。この際の圧力は、混合物の充1!1′
lff1により異なるので一概には決められないが、一
般には0.2t/ClR2から5t/υ2が良く、最も
好ましい圧力範囲は0.2t/Cm2から1t/crR
2である。 (2) リチウム−アルミニウム合金粉末とビスマス
粉末とからなる混合物を前記(1)と同様な方法によっ
て、常温で加圧成形後、ビスマス粉末の融点以下、常温
より高い温度で加熱、または加熱加圧処理する方法。 (3) リヂウムーアルミニウム合金粉末とビスマス
粉末とからなる混合物を電極の形状をした金型内に充填
して、ビスマス粉末の融点以下、常温より高い温度で加
熱加圧処理でる方法。 上記(2)および(3)の加熱加圧処理の際の圧力は前
記(1)と同様である。 また、上記(2)および(3)の方法にJ3ける加熱は
、常温から徐々に処理温度まで’Afi−さけてもよい
し、まず、最初から処理温度まで加熱しておいてもよい
。(2)および(3)の方法において、処理温度がビス
マスの融点より高い場合は、本発明の効果が得られない
。処I![!温度が常温の場合は、(1)の方法と同様
になって格別の息味が認められず、また処理温度が常温
より低い場合は、本発明の効果が得られない。 さらに、上記(2)および(3)の方法における加熱時
間は、処理温度により選択され、処理温度と処し!I!
時間は反比例の関係となる。例えば処理温度が250℃
の場合、1分から30分、好ましくは2分から15分の
時間が望ましい。 前記、(1) 、 (2)および(3)の方法のうちで
、(3)の方法が特に好ましい。 なお、リヂウムーアルミニウム合金粉末は、水分、酸素
、窒素等に対して極めて反応性が高いことから、粉砕、
混合、成形、加熱等の操作は、不活性ガス雰囲気下また
は真空下で行うことが望ましい。 支−1−3 次ぎに、実施例および比較例を挙げて本発明を更に詳細
に説明する。 実 施 例 〔°電極の作成〕 水域金属(…社製の原子M比が50 : 50のリチウ
ム−アルミニウム合金の塊をアルゴンガス雰囲気下で、
ボールミルを用いて1時間粉砕した。得られたリチウム
−アルミニウム合金粉末を200から300メツシーL
の篩上にて分級し、その粉末を減圧に引きながら350
℃に加熱して、1時間乾燥をd3こなった。 結着剤としてのビスマス粉末は、(+9高純度化学研究
所製の粉末を200から300メツシユの篩上にて分級
し、その粉末を150℃に加熱して、1時間真空乾燥し
た。 前記のように処理して得られたリチウム−アルミニウム
合金粉末とビスマス粉末をlff1比で合金粉末80に
対してビスマス粉末20の割合で配合し、タンブラ−混
合機にて2時間混合し、合金粉末とビスマス粉末を均一
化した。混合された粉末35mgをIOMφの金型に充
填し、0.5t/cm2の圧力で加圧しながら、毎分1
0℃の背温速度で250℃まで加熱し、5分間その温度
を維持したあとで冷却を実施した。得られた電極は、厚
みが350μm、嵩密度が1.39/cm3であった。 この電極は、均一性および強度に優れ、崩壊することは
なかった。 〔電池性能試験〕 上記の方法で作製した電極を0極とし、11極にポリア
ニリンを用いて、図に示す実験セルに組み込み、正極と
0極の間には体積比が1:1のプロピレンカーボネート
と1.2−ツメ1〜キシエタン混合溶媒にホウフッ化リ
ヂウム電解質を1モル/愛の濃度で溶解さUた電解液を
含浸した多孔性ポリプロピレン隔膜を入れ、両極が短絡
しない構造とした。 充放電時の電流密度を3TrLA/cm2に設定し、通
電量が15クーロンになるまで充電し、放電時の下限電
圧を1.Ovにした条件下で充放電の繰り返し試験を行
った。サイクル数5回目の放電量は、145クーrコン
であり、充放電効率が97%になり、その時のリチウム
利用率は15%であった。この電池は、Iナイクル数3
00回目でも5回目と同様な結束であり、301回目に
自己放電試験を720時間で行ったところ、3,8%の
自己放電率であった。 旧−較−1 実施例で負極どして用いたりヂウムーアルミニウム合金
粉末とビスマス粉末からなる電極の代わりに、実施例と
同様な方法で作製したりヂウムーアルミニウム合金のみ
からなる電極を負極として用いた以外は、実施例と同じ
充放電条件にてサイクルテストを実施した。その結果、
5回目の放PmW1は、13.2クーロンであり、充放
電効率93%であった。その時のリチウム利用率は13
.7%であったが、サイクル数150回目で充放電効率
が80%と低下し、次の回で自己放電、率を測定したと
ころ、720時間で80%であった。実験終了後、電池
セルを分解し負極を観察したところ崩壊がひどく電極形
状を維持していなかった。 11%1皿 以上記述したように、リヂウムーアルミニウム合金粉末
とビスマス粉末を混合し、加圧成形する方法で電極を製
造すると、電極崩壊の無い強固なりチウム−アルミニウ
ム合金電極がえられ、高エネルギー密度、低自己放電率
、高充放電効率で作動する二次電池を得ることが可能と
なった。
図は本発明の方法によって’liJ造されたりヂウムー
アルミニウム合金電極を用いた二次電池の特性測定用電
池セルの断面概略図である。 1・・・負極用ニッケルリード線 2・・・負極用ニッケル網集電体 3・・・負 極 4・・・[SI(多孔性ボリア0ピレン)5・・・正
極 6・・・正極用ニッケル網集電体 7・・・正極用ニッケルリード線 8・・・テフロン製容器
アルミニウム合金電極を用いた二次電池の特性測定用電
池セルの断面概略図である。 1・・・負極用ニッケルリード線 2・・・負極用ニッケル網集電体 3・・・負 極 4・・・[SI(多孔性ボリア0ピレン)5・・・正
極 6・・・正極用ニッケル網集電体 7・・・正極用ニッケルリード線 8・・・テフロン製容器
Claims (4)
- (1)リチウム−アルミニウム合金粉末とビスマス粉末
からなる混合物を加圧成形することを特徴とするリチウ
ム−アルミニウム合金電極の製造方法。 - (2)混合物の加圧成形が常温で行われることを特徴と
する特許請求の範囲第(1)項記載のリチウム−アルミ
ニウム合金電極の製造方法。 - (3)混合物の加圧成形が常温で行われ、次いでビスマ
スの融点以下、常温より高い温度で加熱または加熱加圧
処理されることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項
記載のリチウム−アルミニウム合金電極の製造方法。 - (4)混合物の加圧成形がビスマスの融点以下、常温よ
り高い温度で行われることを特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載のリチウム−アルミニウム合金電極の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60287807A JPS62147656A (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | リチウム−アルミニウム合金電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60287807A JPS62147656A (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | リチウム−アルミニウム合金電極の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62147656A true JPS62147656A (ja) | 1987-07-01 |
Family
ID=17722006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60287807A Pending JPS62147656A (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | リチウム−アルミニウム合金電極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62147656A (ja) |
-
1985
- 1985-12-23 JP JP60287807A patent/JPS62147656A/ja active Pending
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