JPS628449A - MnO↓2ないしSb↓2S↓3とMoS↓3の正極を用いる固状電池 - Google Patents

MnO↓2ないしSb↓2S↓3とMoS↓3の正極を用いる固状電池

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JPS628449A
JPS628449A JP61113832A JP11383286A JPS628449A JP S628449 A JPS628449 A JP S628449A JP 61113832 A JP61113832 A JP 61113832A JP 11383286 A JP11383286 A JP 11383286A JP S628449 A JPS628449 A JP S628449A
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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、Mn 02および/またはSb2S5と共に
Mo S 3を含む固体正極を使用した固状電池に関す
るものである。
〔従来技術と問題点〕
イオン伝導性は通常、液状塩溶液を通してのイオンの流
れと関連している。イオン伝導体として、すなわち乾電
池バッテリ電解質として使用する多くの場合に、液状溶
液は、その操作および封入に伴う困難を減少させるため
、ペーストまたはゲル化基質の形で固定され、あるいけ
セパレータの中に吸収される。しかし固定化の後でさえ
も、この系は尚も漏れの可能性があり、塩の乾燥または
再結晶の故に限られた貯蔵寿命を有し、また電解質の液
状範囲に対応する限られた温度範囲内においてのみ使用
する事ができる。更に、多量の固定化物質を使用すれば
、小型化の目的に沿わない。
液状系の欠点を克服するため、研究者は、常温で固体で
あると共に一般に使用される液状系に近いイオン伝導性
を有する化合物を発見しようとして、多数の固体化合物
を調査した。このような化合物は、常温(〃℃)におい
て、o、s〜0.05ohm  am  の比コンダク
タンスを有する塩水溶液に比べて、10’ 〜1010
−15oh’ am’″1の比コクpクタンスを有する
マイクロ電子回路設計の改良に伴って、一般に電子装置
の電流要求量が低下してきた。またこの事は、マイクロ
アンペア範囲の電流のみを発生する事のできる固体電解
質電源の用途を拡大した。
このような固体電解質系は、液相および腐食現象の不存
在により電解質漏れと内部ガス発生の問題を有しないと
いう基本的利点がある。更に、この種の電解質系は通常
の液状電解質電源よりも遥かに長い貯蔵寿命を有する。
グツトマンほか、J、 Elaetrochem、 S
oe、。
lI亭、3コ3 (/9A’7)は、電子伝尋性電荷移
動錯化合物と、特定の二価金属の負極とを使用した固状
電池を開示している。米国特許第3,460./A、3
号は、リチウム負極と、固状リチウムハロゲン化物電解
質と、多環式芳香族化合物、有機重合体、複素環窒素含
有化合物などの有機物質の導電性正極と、ヨウ素とを使
用した固状リチフムーヨウ素−次電池を開示している。
米国特許第J、Al5O,/Aダ号は、受容体成分がハ
ロゲンであり、供与体成分がノ・ロゲンであるイオン移
動型錯化合物を正極として使用した固状電池を開示して
いる。
米国特許第9.、、???、Aλダ号は、金属カルコゲ
ナイドのイオン−電子伝導率が常温で、0−1o〜11
0−2oh  am  の範囲にある一種または複数の
金属カルコゲナイドを含む正極を開示している。
米国特許第弘、θgb、qou号は多孔性導電性基質の
中に装入するための電極活物質の製造方法を記載してい
る。この引用文献に記載された活物質の例はカルコゲナ
イド、すなわち鉄、コバルト、ニッケル、銅、鉛、亜鉛
、アンチモンおよびマンガンなどの金属の酸化物、硫化
物およびセレン化物を含む。
米国特許第ダ、3gk、10.3号は、有機溶媒を使用
する電池について、Sb2S、を炭素質導体の物理的混
合物として含む正極を使用する方法を開示している。
米国特許第3.灯9.O/コ号は固体電解質電池に適し
た正極を形成するため、Sb285などの金属カルコゲ
ナイドを金属ノ・ロゲン化物と共に使用する方法を開示
している。
種々の電池系圧おいて使用するため当業界においては種
々の固体正極物質が挙げられているが、本発明の目的は
、米国特許第’1,33/、7!0号に記載のP2S5
−L125−LIIおよび米国特許第1I、11A!;
、7u&号に記載のようなLII−Li2S−8iS2
  などの固体電解質を使用する電池系において用いる
ための新規な電解質を提供することである。これらの米
国特許第’I、33/、7!0号およびす、弘6!、り
1号の開示を引用として加える。
本発明の他の目的は、正極がMoS5(三硫化モリブデ
ン)を、MnO2(二酸化マンガン)および/またrl
′1Sb2S5(三硫化アンチモン)と共に含有する固
状電池系の固状正極を提供するにある。
前記の目的およびその他の目的は下記の説明から更に明
らかとなろう。
〔発明の概要〕
本発明は、負極、固体電解質、およびMnO3、S b
 2 S 3およびその混合物から成るグループから選
ばれた物質と共にMo S 5を含有する固体正極を使
用する固状電池に関するものである。
本発明にお〜・て使用されるMo S s物質は好まし
くは無定形Mo S sである。/、3ジオキソラン、
/、2−ジメトキシエタン、3−メチルーーーオキサゾ
リドン、3.j−ジメチルインキサゾール、およびり、
tcF5So6添加塩の電解質と無定形Mo S 5正
極とを使用した正極限定リチウム争テスト電池を7θキ
ロオーム負荷を通して放電させた。正極は電子活性であ
って、1.2ボルト カットオフまで、0 、2 mA
 /cra2で3電子Mo S s準位の近くで放電し
   。
た。無定形Mo S 30代わりに結晶性Mo S s
を使用した対応の電池を製造し、負荷を通して放電させ
たとき、この結晶性Mo S sは一非水性電池中にお
いて非常に限られた電子活性を示した。従って、無定形
Mo S 3固状電解質系の中においてはるかに性能が
すぐれ、故に本発明は結晶性Mo S sよりは無定形
Mo S sを使用するものである。
Mo S 5物質は業界公知のように(NH,) Mo
S4(チオモリブデン酸アンモニウム)の熱分解によっ
て作られる。MoS  をMnO2および/またはに Sb2S3と混合して均一混合物を作る。好ましく全負
極物質はある種の電解質、黒鉛、炭素などの導電剤、テ
トロン(ポリテトラフルオロエチレンの商標)、エチレ
ンアクリル酸共重合体などの結合剤と混合しなければな
らない。所望ならば、TiS2(二硫化チタン)を、電
気化学的活性を有すると共に導電剤、結合剤、または成
形助剤として役立つように正極に対して添加する事がで
きる。このように、Tl52は正極の導電剤および/ま
たは結合剤とし℃使用する事ができる。
本発明の固体正極と共に使用するに適した負極物質は、
リチウム、リチウム合金、銀、ナトリウム、カリウム、
およびルビジウムを含む。
本発明の固体正極と共に使用するに適した固体電解質は
、米国特許第ダ、33/、7!0号に記載のガラス質正
極組成物、および米国特許第ダ、ダA!、14号に記載
の組成物を含む。米国特許第’I、33/、73;0号
に記載の固体正極は下記の一般式を有する。
aP2Ss t bLi 2 S r cLiXここに
、Xは塩素、臭素、またはヨウ素であり、CはOより大
またはOに等しく、 比率b/(a+b)は0.67と0.70との間にあり
、比率e/(a+b+c)は、組成aP2s5、bLi
2S中のLiXのガラス相溶解度に対応した限度より大
、またはこれと同等である。
米国特許第1I、ダ6り、7り6号に開示された固体電
解質は、下記の一般式を有する。
5ts2. xLi2s、 yLiI ここに、Xはo1g〜/、!。
yはθ〜約2、また ここに、前記組成物は3℃において少なくとも07jX
#)  ohm  am  の導電率を有する。
また本発明において使用するに適した固体電解質は下記
の組成の固体ガラス質リチウムカチオン導体である。
aX、 bLi 2 S + Y ここに、xFiP2S5およびSiS2から成るグルー
プから選ばれる。
aは約o、s〜約3、 bは0.25〜2、また Y HL12CO3. Li2O,Li0I(、Li 
2S i03、L12504およびL14SiO4など
の酸素含有リチウムであり、 ここに、この組成物は5℃において少なくとも0、りj
 X 10” ohm−’ am−’の導電率を有する
。これらの固体正極は、ジェイムス ロバート アクリ
ッジ名義で  年 月  日出願の同時係属出願第  
  号に記載されている。この米国特許の開示を引用と
して加える。
本発明において使用するに適した他の固体電解質は米国
特許第e、rt、y、070号に開示されたガラス質物
質であって、これを引用として加える。固体電解質を形
成するガラス質物質は下記の一般式を有する。
xA、 Rb−yNmRc−zNnYpここに、人はS
l 、 Ge、 P、 S、 B、 Nb、 As、 
V、 CrまたはMo ; RはO,SまたばSe;N
はLl、Na。
KまたはAg s  またYけI 、 Br 、 CI
 、 F 、ClO4tCF SOSCNまたハS04
であり、但しこの化合3 5! 物は少なくとも一つの塩NYを含有するものとする。a
、b;m、c;n、p#″を対応のグループの中の成分
の化学量論的量に対応する指数を表し、また”*  Y
s  Zはその合計がlに等しく、ガラス質物質のそれ
ぞれ形成系、変性系およびドーピング系を成す化合物の
全体モル分率に対応する指数を表す。これらの指数の値
は、与えられた物質のガラス質レンジと両立するもので
ある。
好ましい固体電解質は、コ、りL[・Li4P2S7゜
0.7りLil−L125iS3.0,1g7! Li
2CO3  ・L125t、6. o、2s LIBr
−o、7g7s L12CO3−Li25IS3.0.
37! Li 0−Li25IS3.0.7!; Li
OH−Li2SiS、、θ、!r LIBr−θ、yq
r Li2CO3− L125iS および0.17&
 L12SiO3・Li25IS3である。
ある種の型の固体電解質は本発明の固体正極と共にうま
く機能しないと考えられる。例えば、β−AlOj’j
、負極とこのβ−A1゜03との間に液状合金金属また
は有機液状電解質層が使用されない限り、常温で作動す
る電池の中に使用してはならない(Solid  Ee
leetrolytes、   S。
Ge1l@r編集、p、/3に参照)。
圧縮技術を使用する事が好ましい。この米国特許をここ
に引用として加える。
実施例 数個の直径o、tgクインチ×高さ0.063インチの
コイン電池を作った。この電池は、2.!LiI・Li
4P2S7の固体電解質とリチウム負極と共に下記の表
に示した正極を有する。これらの電池は。
表に示す正極物質の組成以外はすべて同様に作られた。
正極組成のMo2B成分が無定形である。各電池は、米
国特許第ダ、弘77、!’I!r号に記載のようにして
、電池りについてのIdl、000 psi以外はを go、oooでアイツタ克チック圧縮された。各電池に
対するミリアンペア時入力を計算し、表に示した。これ
らの電池を、コ/℃で50キロオームを通して、あるい
td 32 ’Cで30キロオームを通して連続放電し
た。/、2ボルト カットオフまでのミリアンペア時出
力を観察し、データを表に示した。各電池について正極
出力を正極入力で割って100を掛けて正極利用率を計
算し、データを表に示した。
A  MnO2+黒鉛+        2/”Cでコ
、.5LiI−Li4P2S7     !;OB  
Mo S s +          2/ ’Cでコ
、.5LiI・Li4P2S7      s。
72、g       /、!;      2.θチ
1、Il、0       ?、j     //、!
i%650      !7、O850% 87、0     =7、ダ    2q、5チ6ダ、
0      ’Ig、0    7ダ、Oチt、a、
Oダ8.0   7弘、Oチ 電池Aの正極組成(MnO□)を電池Bの正極組成(M
e S 3)と結合し、テフロンを添加したとき、表に
おいて電池Cの正極組成(MnO+MoS3)が得られ
た。1.−ボルト番カットオフまでのミリアンペア時出
力は、電池Bの? 、 3 mAhから電池Cの57、
0mAhにまで増大した。この急激な増大は、本発明に
より固体正極としてMnOと無定形Mo S sとの組
合わせを使用した場合の相乗作用を示している。
同様に電池Bの正極組成(Mo S s )を電池りの
正極組成(s b 2 S s )と結合して電池Eの
正極組成(MoS、+Sb2S5)を生じた場合、/、
2ボルトφカツトオフまでのミリアンペア時出力は、電
池りの21、弘mAhから電池Eのグー 、OmAhに
まで増大した。この急激な増大は、本発明による固体正
極として無定形MoS  とSb2S5との組合わせを
使用して得られる相乗作用を示している。電池Fは電池
Eと同一であったが、3λ℃の温度で30キロオームを
通して放電された。電池Fは高温で放電されたが、七〇
ミリアンペア出力は電池Eの場合と同一であった。
本発明は前記の説明のみに限定されるものでなく、その
主旨の範囲内において任意に変更実施できる。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)負極と、固体電解質と、固体正極とを使用し、前
    記の固体正極は、MnO_2、Sb_2S_3およびそ
    の混合物から成るグループから選ばれた物質と共にMo
    S_3を含有する固状電池。
  2. (2)固体電極はMoS_3とMnO_2とを含有する
    特許請求の範囲第1項の固状電池。
  3. (3)固体電極はMoS_3とSb_2S_3とを含有
    する特許請求の範囲第1項の固状電池。
  4. (4)固体電極に対して導電剤が添加されている特許請
    求の範囲第1項、第2項または第3項の固状電池。
  5. (5)固体電極に対して結合剤が添加されている特許請
    求の範囲第4項の固状電池。
  6. (6)負極は、リチウム、リチウム合金、ナトリウム、
    カリウム、ルビジウムおよび銀から成るグループから選
    ばれる特許請求の範囲第4項の固状電池。
  7. (7)固体電解質は、2.5LiI・Li_4P_2S
    _7、0.75LiI・Li_2SiS_3、0.18
    75Li_2CO_3・Li_2SiS_3、0.25
    LiBr・0.1875Li_2CO_3・Li_2S
    iS_3、0.375Li2O・Li_2SiS_3、
    0.75LiOH・Li_2SiS_3、0.5LiB
    r・0.375Li_2CO_3・Li_2SiS_3
    および0.375Li_2SiO_3・Li_2SiS
    _3から成るグループから選ばれる特許請求の範囲第6
    項の固状電池。
  8. (8)負極は、リチウム、リチウム合金、ナトリウム、
    カリウム、ルビジウムおよび銀から成るグループから選
    ばれる特許請求の範囲第5項の固状電池。
  9. (9)固体電解質は、2.5LiI・Li_4P_2S
    _7、0.75LiI・Li_2SiS_3、0.18
    75Li_2CO_3・Li_2SiS_3、0.25
    LiBr・0.1875Li_2CO_3・Li_2S
    iS_3、0.375Li_2O・Li_2SiS_3
    、0.75LiOH・Li_2SiS_3、0.5Li
    Br・0.375Li_2CO_3・Li_2SiS_
    3および0.375Li_2SiO_3・Li_2Si
    S_3から成るグループから選ばれる特許請求の範囲第
    8項の固状電池。
  10. (10)負極はリチウムであり、固体電解質は2.5L
    iI・Li_4P_2S_7である特許請求の範囲第2
    項の固状電池。
  11. (11)負極はリチウムであり、固体電解質は0.75
    LiI・Li_2SiS_3である特許請求の範囲第2
    項の固状電池。
  12. (12)負極はリチウムであり、固体電解質は2.5L
    iI・Li_4P_2S_7である特許請求の範囲第3
    項の固状電池。
  13. (13)負極はリチウムであり、固体電解質は0.75
    LiI・Li_2SiS_3である特許請求の範囲第3
    項の固状電池。
JP61113832A 1985-06-28 1986-05-20 MnO↓2ないしSb↓2S↓3とMoS↓3の正極を用いる固状電池 Granted JPS628449A (ja)

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US749711 1985-06-28

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JPS628449A true JPS628449A (ja) 1987-01-16
JPH0570905B2 JPH0570905B2 (ja) 1993-10-06

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