JPS6313264A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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- JPS6313264A JPS6313264A JP61156976A JP15697686A JPS6313264A JP S6313264 A JPS6313264 A JP S6313264A JP 61156976 A JP61156976 A JP 61156976A JP 15697686 A JP15697686 A JP 15697686A JP S6313264 A JPS6313264 A JP S6313264A
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- Japan
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- metal
- aluminum
- alkali metal
- secondary battery
- electrolyte secondary
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- H01M4/40—Alloys based on alkali metals
- H01M4/405—Alloys based on lithium
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、非水電解質二次電池に係わり、さらに詳しく
はその負極の改良に関する。
はその負極の改良に関する。
非水電解質二次電池の従来技術とその問題点に°ついて
、非水電解質二次電池中、最も普及しているリチウム二
次電池を例にあげて説明すると、従来は、その負極作製
にあたり、2つの方法が採用されていた。その一つは純
粋な金属リチウムを板状にして負極に用いるものであり
、他の一つは、例えば米国特許第4,002,492号
明細書に示されるように、リチウムをアルミニウムなど
の他の金属と合金化するものであった。
、非水電解質二次電池中、最も普及しているリチウム二
次電池を例にあげて説明すると、従来は、その負極作製
にあたり、2つの方法が採用されていた。その一つは純
粋な金属リチウムを板状にして負極に用いるものであり
、他の一つは、例えば米国特許第4,002,492号
明細書に示されるように、リチウムをアルミニウムなど
の他の金属と合金化するものであった。
前者の金属リチウムをそのまま板状にして用いる方法で
は、充電時にリチウムがデンドライト状(樹枝状)に析
出し、このデンドライト状リチウムが非常に活性で電解
質と反応したり、あるいは根元から折れて脱落し、充放
電反応に利用できなくなって充放電サイクル特性が低く
なるという問題があった。また、前記デンドライト状リ
チウムが充放電の繰り返しによって成長し、正極と負極
を隔離するセパレータを貫通して、正極と接触し内部短
絡を引き起こして電池としての機能を失わせるという問
題も発生した。また、後者のリチウムをアルミニウムな
どと合金化させて負極に用いる方法は、充電時にリチウ
ムとアルミニウムとの電気化学的合金化反応により、リ
チウムをアルミニウム結晶中に拡散させることによって
、リチウムがデンドライト状にとどまるのを少なくして
電解質との反応を抑制したり、デンドライト成長を抑制
しようとするものであるが、デンドライト抑制に関して
は効果が認められるものの、例えばJ。
は、充電時にリチウムがデンドライト状(樹枝状)に析
出し、このデンドライト状リチウムが非常に活性で電解
質と反応したり、あるいは根元から折れて脱落し、充放
電反応に利用できなくなって充放電サイクル特性が低く
なるという問題があった。また、前記デンドライト状リ
チウムが充放電の繰り返しによって成長し、正極と負極
を隔離するセパレータを貫通して、正極と接触し内部短
絡を引き起こして電池としての機能を失わせるという問
題も発生した。また、後者のリチウムをアルミニウムな
どと合金化させて負極に用いる方法は、充電時にリチウ
ムとアルミニウムとの電気化学的合金化反応により、リ
チウムをアルミニウム結晶中に拡散させることによって
、リチウムがデンドライト状にとどまるのを少なくして
電解質との反応を抑制したり、デンドライト成長を抑制
しようとするものであるが、デンドライト抑制に関して
は効果が認められるものの、例えばJ。
0、Bosenhard J、Electroanal
、Chem、+94+77 (1978)に示される
ように、充放電の繰り返しによって、負極が微細化ない
しは崩壊して、金属粒子間の充分な電子伝導が得られな
くなって電池性能が急激に劣化するという問題があった
。
、Chem、+94+77 (1978)に示される
ように、充放電の繰り返しによって、負極が微細化ない
しは崩壊して、金属粒子間の充分な電子伝導が得られな
くなって電池性能が急激に劣化するという問題があった
。
そのため、そのような負極の微細化ないしは崩壊を抑制
するための方法として、アルミニウムをマグネシウム、
ホウ素、ガリウムなどの他の金属と合金化することが提
案されている(例えば、特開昭60−86760号公報
)。
するための方法として、アルミニウムをマグネシウム、
ホウ素、ガリウムなどの他の金属と合金化することが提
案されている(例えば、特開昭60−86760号公報
)。
しかしながら、本発明者らの検討結果によれば、上記の
ようにアルミニウムを他の金属と合金化する場合は、合
金化領域が非常に制限され(例えば、アルミニウムーホ
ウ素合金の場合、ホウ素が数重量%以下でないと薄い板
状に加工できない)、また充放電サイクル特性もアルミ
ニウム単独に比べて改善されるものの、充分とはいえず
、必ずしも満足すべき結果が得られなかった。
ようにアルミニウムを他の金属と合金化する場合は、合
金化領域が非常に制限され(例えば、アルミニウムーホ
ウ素合金の場合、ホウ素が数重量%以下でないと薄い板
状に加工できない)、また充放電サイクル特性もアルミ
ニウム単独に比べて改善されるものの、充分とはいえず
、必ずしも満足すべき結果が得られなかった。
本発明は、上述した従来製品の持つ充放電サイクル特性
が低いという問題点や、充放電の繰り返しにより負極が
微細化ないしは崩壊するという問題点を解決し、充放電
サイクル特性の優れた非水電解質二次電池を提供するこ
とを目的とする。
が低いという問題点や、充放電の繰り返しにより負極が
微細化ないしは崩壊するという問題点を解決し、充放電
サイクル特性の優れた非水電解質二次電池を提供するこ
とを目的とする。
本発明は、アルカリ金属と合金化する主金属Mと副金属
M′とを合金化させずに分散させて構造体にし、この金
属構造体にアルカリ金属を電気化学的に合金化して負極
を構成することにより、負極が充放電反応を起こす際に
副金属M′を負境の結着剤および導電剤として働かせる
ことによって、前述のような従来製品が持つ問題点を解
決し、充放電サイクル特性の優れた非水電解質二次電池
を提供したものである。
M′とを合金化させずに分散させて構造体にし、この金
属構造体にアルカリ金属を電気化学的に合金化して負極
を構成することにより、負極が充放電反応を起こす際に
副金属M′を負境の結着剤および導電剤として働かせる
ことによって、前述のような従来製品が持つ問題点を解
決し、充放電サイクル特性の優れた非水電解質二次電池
を提供したものである。
これを詳述すると次の通りである。
例えば、負極に2種類ともリチウムと合金化するMlと
M2とからなる2種類の金属を用いた場合、負極の充放
電反応は次の(1)式および(2)式で表される。
M2とからなる2種類の金属を用いた場合、負極の充放
電反応は次の(1)式および(2)式で表される。
Ml +xLi” +xe″″、= M 1L i x
(1)M2+yLi”+ye’−=M2Liy
f2)上記(1)式、(2)式の反応は、同時に競争的
におこる場合もあるが、大抵は一方の反応が優先的に起
こり、他方の反応がそれに後続する形となる。そこで、
仮に(1)式の反応が優先的に起こり、(2)式の反応
が後続する場合を考えると、実質上(2)式の反応はほ
とんど起こらない。また金属M2がニッケルなどのよう
にリチウム(L i)と合金化しない金属の場合は(2
)式の反応はまったく起こらない。
(1)M2+yLi”+ye’−=M2Liy
f2)上記(1)式、(2)式の反応は、同時に競争的
におこる場合もあるが、大抵は一方の反応が優先的に起
こり、他方の反応がそれに後続する形となる。そこで、
仮に(1)式の反応が優先的に起こり、(2)式の反応
が後続する場合を考えると、実質上(2)式の反応はほ
とんど起こらない。また金属M2がニッケルなどのよう
にリチウム(L i)と合金化しない金属の場合は(2
)式の反応はまったく起こらない。
このように、(2)式の反応が(11式の反応に後続す
るか、あるいは(2)式の反応がまったくおこらない場
合、金MM2は、金属M1がリチウムと電気化学的に合
金化して、その内部にリチウムを吸蔵したり、あるいは
その内部からリチウムを電解質中にイオンとして溶出さ
せるとき(このリチウムの吸蔵、電解質中への溶出によ
って金属M1は体積膨張と体積収縮を繰り返し、負極が
微細化ないし崩壊する原因になる)に、それらの合金化
反応や合金化状態からの離税に関与せず、負極中にその
まま残るので、金1i!M1を結合する結着剤や金属M
1と負掻集電体との電子伝導を確保する導電剤として働
く、その結果、負極の微細化や崩壊が防止され、かつ電
子伝導性が確保されるので、充放電を繰り返しても負極
の劣化が抑制され、したがって、従来製品に比べて、充
放電サイクル特性が向上する。
るか、あるいは(2)式の反応がまったくおこらない場
合、金MM2は、金属M1がリチウムと電気化学的に合
金化して、その内部にリチウムを吸蔵したり、あるいは
その内部からリチウムを電解質中にイオンとして溶出さ
せるとき(このリチウムの吸蔵、電解質中への溶出によ
って金属M1は体積膨張と体積収縮を繰り返し、負極が
微細化ないし崩壊する原因になる)に、それらの合金化
反応や合金化状態からの離税に関与せず、負極中にその
まま残るので、金1i!M1を結合する結着剤や金属M
1と負掻集電体との電子伝導を確保する導電剤として働
く、その結果、負極の微細化や崩壊が防止され、かつ電
子伝導性が確保されるので、充放電を繰り返しても負極
の劣化が抑制され、したがって、従来製品に比べて、充
放電サイクル特性が向上する。
さらに他の例として、アルカリ金属と合金化する金属M
3およびM4とアルカリ金属と合金化しない金属M5と
の3種類の金属を用いた場合を考えると、負極の充放電
反応は、次の(3)、(4)式に示す通りである。
3およびM4とアルカリ金属と合金化しない金属M5と
の3種類の金属を用いた場合を考えると、負極の充放電
反応は、次の(3)、(4)式に示す通りである。
M3 +mL t” +me−、=:M3 L im
(31M4 +n L i” +n e−#M4 L
il f41この場合、金属MSは、前述した金属M
2と同様の理由により、金属M3、M4に対して結着剤
、導電剤として働く。
(31M4 +n L i” +n e−#M4 L
il f41この場合、金属MSは、前述した金属M
2と同様の理由により、金属M3、M4に対して結着剤
、導電剤として働く。
つまり、アルカリ金属と合金化する金属Mとアルカリ合
金化しない金属M′とを合金化させずに分散させた場合
、充放電時にアルカリ金属と合金化しない金属M′は、
アルカリ金属と合金化する金属Mの結着剤、導電剤とし
て働き、負極の微細化ないしは崩壊を抑制し、その微細
化ないしは崩壊によって引き起こされていた電池特性の
劣化を防止することができる。
金化しない金属M′とを合金化させずに分散させた場合
、充放電時にアルカリ金属と合金化しない金属M′は、
アルカリ金属と合金化する金属Mの結着剤、導電剤とし
て働き、負極の微細化ないしは崩壊を抑制し、その微細
化ないしは崩壊によって引き起こされていた電池特性の
劣化を防止することができる。
また、両者ともアルカリ金属と合金化する金属MとM′
を合金化させずに分散させた場合、金属Mが優先的に合
金化するとき、他方の金g M / は結着剤、導電剤
として働くとともにアルカリイオン供与体としても働き
、負極の*m化ないしは崩壊を抑制し、その微細化ない
しは崩壊によって生じていた電池特性の劣化を防止し、
またアルカリイオン供与体として働くことによって電池
の分極を低減し、充放電サイクル特性を向上させる。
を合金化させずに分散させた場合、金属Mが優先的に合
金化するとき、他方の金g M / は結着剤、導電剤
として働くとともにアルカリイオン供与体としても働き
、負極の*m化ないしは崩壊を抑制し、その微細化ない
しは崩壊によって生じていた電池特性の劣化を防止し、
またアルカリイオン供与体として働くことによって電池
の分極を低減し、充放電サイクル特性を向上させる。
そこで、前記におけるアルカリ金属と合金化する金属M
を主金属とし、金属M′を開会属として、主金属Mに開
会属M′を合金化させずに分散させた構造体を形成し、
この金属構造体にアルカリ金属を電気化学的に合金化さ
せて負極に用いると、負極の微細化ないしは崩壊が防止
され、充放電サイクル特性を向上させることができる。
を主金属とし、金属M′を開会属として、主金属Mに開
会属M′を合金化させずに分散させた構造体を形成し、
この金属構造体にアルカリ金属を電気化学的に合金化さ
せて負極に用いると、負極の微細化ないしは崩壊が防止
され、充放電サイクル特性を向上させることができる。
主金属Mはアルカリ金属と合金化できるものであること
を要するが、開会属M′はアルカリ金属と合金化するも
のでもよいし、アルカリ金属と合金化しないものでもよ
い、このように開会JIM’としてアルカリ金属と合金
化する金属を用いる場合もあるので、上記のようにアル
カリ金属を金属構造体に合金化するという表現をとって
いる。ただし、開会泥M′としてアルカリ金属と合金化
する金属を用いた場合でも、充放電サイクル時の反応は
主に生金IMのアルカリ金属合金化物の反応になる。主
金属Mは、通常、量的にも開会属M′より多くされるが
、アルカリ金属と合金化するという観点からの主金属と
いう意味である。
を要するが、開会属M′はアルカリ金属と合金化するも
のでもよいし、アルカリ金属と合金化しないものでもよ
い、このように開会JIM’としてアルカリ金属と合金
化する金属を用いる場合もあるので、上記のようにアル
カリ金属を金属構造体に合金化するという表現をとって
いる。ただし、開会泥M′としてアルカリ金属と合金化
する金属を用いた場合でも、充放電サイクル時の反応は
主に生金IMのアルカリ金属合金化物の反応になる。主
金属Mは、通常、量的にも開会属M′より多くされるが
、アルカリ金属と合金化するという観点からの主金属と
いう意味である。
主金属Mと開会属M′とを合金化させずに分散させた金
属構造体は、例えばプラ゛ズマ溶射法によって主金属M
と開会属M′とを溶着させて形成することができるし、
蒸着、スパッタなどによっても形成することができる。
属構造体は、例えばプラ゛ズマ溶射法によって主金属M
と開会属M′とを溶着させて形成することができるし、
蒸着、スパッタなどによっても形成することができる。
また主金属Mと開会属M′とを粉末化し、加圧成形する
ことによって金属構造体を形成することもできる。
ことによって金属構造体を形成することもできる。
アルカリ金属としては、例えばリチウム(Lt)、ナト
リウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)
、セシウム(Cs)などがあげられるが、通常はリチウ
ムが他のアルカリ金属に比べて軽く、単位体積、単位重
量当たりの取り出しうる電気量が多いことから用いられ
る。
リウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)
、セシウム(Cs)などがあげられるが、通常はリチウ
ムが他のアルカリ金属に比べて軽く、単位体積、単位重
量当たりの取り出しうる電気量が多いことから用いられ
る。
主金属Mとしては、例えばアルミニウム(AI)、ビス
マス(Bi)、アンチモン(Sb)、砒素(As)、珪
素(Si)、ガリウム(C,a)、ホウ素(B)、イン
ジウム(In)、ゲルマニウム(Ge)などの単体また
はそれらの合金が用いられる。
マス(Bi)、アンチモン(Sb)、砒素(As)、珪
素(Si)、ガリウム(C,a)、ホウ素(B)、イン
ジウム(In)、ゲルマニウム(Ge)などの単体また
はそれらの合金が用いられる。
副金属M′としては、例えば銅(cu)、チタン(Ti
)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)
、ジルコニウム(Zr)、ステンレス鋼などアルカリ金
属と合金化しない金属の単体またはそれらの合金が用い
られ、また、前記したアルカリ金属と合金化するビスマ
ス、アンチモン、砒素、珪素、ホウ素、インジウム、ガ
リウム、ゲルマニウムなども副金属として用い得る。そ
して、開会mM′は1種類であることを要求さ机ること
がなく、2種類以上の場合がありミ開会スとしてアルカ
リ金属と合金化しない金属とアルカリ金属と合金化する
金属とが用いられる場合もある。
)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)
、ジルコニウム(Zr)、ステンレス鋼などアルカリ金
属と合金化しない金属の単体またはそれらの合金が用い
られ、また、前記したアルカリ金属と合金化するビスマ
ス、アンチモン、砒素、珪素、ホウ素、インジウム、ガ
リウム、ゲルマニウムなども副金属として用い得る。そ
して、開会mM′は1種類であることを要求さ机ること
がなく、2種類以上の場合がありミ開会スとしてアルカ
リ金属と合金化しない金属とアルカリ金属と合金化する
金属とが用いられる場合もある。
好ましい生金WMと副金属M′の組合せとしては、主金
属Mとしてアルミニウムを用い、副金属M′として銅、
チタン、ニッケル、ビスマス、アンチモン、砒素、珪素
、ホウ素、ガリウム、インジウムのうち1種または2種
以上を用いた組合せがあげられる。
属Mとしてアルミニウムを用い、副金属M′として銅、
チタン、ニッケル、ビスマス、アンチモン、砒素、珪素
、ホウ素、ガリウム、インジウムのうち1種または2種
以上を用いた組合せがあげられる。
主金属Mと副金属M′との割合は重量比で1:1〜99
:1にするのが好ましい、これは、主金属Mが上記範囲
より少なくなるとそれに伴って合金化できるアルカリ金
属量も少なくなり、アルカリ金属の使用量が少なくなっ
て電池容量が低下し、また副金属M′が上記範囲より少
なくなると副金属M′の効果が充分に発揮できなくなる
からである。
:1にするのが好ましい、これは、主金属Mが上記範囲
より少なくなるとそれに伴って合金化できるアルカリ金
属量も少なくなり、アルカリ金属の使用量が少なくなっ
て電池容量が低下し、また副金属M′が上記範囲より少
なくなると副金属M′の効果が充分に発揮できなくなる
からである。
また負極の構成にあたり、アルカリ金属の仕込み量、つ
まり前記金属構造体に最初に合金化させるアルカリ金属
の量としては、該アルカリ金属と主金属Mとの総量中1
0〜90原子%(atomic%)にするのが好ましい
。
まり前記金属構造体に最初に合金化させるアルカリ金属
の量としては、該アルカリ金属と主金属Mとの総量中1
0〜90原子%(atomic%)にするのが好ましい
。
本発明の電池において、アルカリ金属イオン伝導性非水
電解質としては、例えば1.2−ジメトキシエタン、l
、2−ジェトキシエタン、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、γ−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
単体または2種以上の混合溶媒に、例えばLiClO4
、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF
a、LiB(C6H5)4などの溶質を1種または2種
以上熔解した液状の有機非水電解質が用いられる。また
、上記電解質中におけるLiPF6などの溶質を安定化
させるために、例えばヘキサメチルホスホリックトリア
ミドなどの安定化剤を添加することも好ましく保用され
る。
電解質としては、例えば1.2−ジメトキシエタン、l
、2−ジェトキシエタン、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、γ−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
単体または2種以上の混合溶媒に、例えばLiClO4
、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF
a、LiB(C6H5)4などの溶質を1種または2種
以上熔解した液状の有機非水電解質が用いられる。また
、上記電解質中におけるLiPF6などの溶質を安定化
させるために、例えばヘキサメチルホスホリックトリア
ミドなどの安定化剤を添加することも好ましく保用され
る。
正極活物質としては、例えば二硫化チタン(Ti32)
、二硫化モリブデン(MoS2)、三硫化モリブデン(
MoS3)、二硫化鉄(F e 32)、硫化シルコニ
うム(ZrS2)、二硫化ニオブ(Nbs2>、三硫化
リンニー、ケル(NiPS3)、バナジウムセレナイド
(VSe2)、五酸化ニバナジウム(v205)、十三
酸化穴バナジウム(V50,3) 、へ酸化ニクロム(
Cr20B)、へ酸化三クロム(Cr3013)、リチ
ウム二酸化コバルト(L 1co02) 、L i1+
x V3013などを用いることができる。特に二硫化
チタンは結晶構造が層伏で、その内部でのアルカリ金属
イオンの拡散定数が高く、正極側における充放電反応が
スムーズに進行することがら好用される。
、二硫化モリブデン(MoS2)、三硫化モリブデン(
MoS3)、二硫化鉄(F e 32)、硫化シルコニ
うム(ZrS2)、二硫化ニオブ(Nbs2>、三硫化
リンニー、ケル(NiPS3)、バナジウムセレナイド
(VSe2)、五酸化ニバナジウム(v205)、十三
酸化穴バナジウム(V50,3) 、へ酸化ニクロム(
Cr20B)、へ酸化三クロム(Cr3013)、リチ
ウム二酸化コバルト(L 1co02) 、L i1+
x V3013などを用いることができる。特に二硫化
チタンは結晶構造が層伏で、その内部でのアルカリ金属
イオンの拡散定数が高く、正極側における充放電反応が
スムーズに進行することがら好用される。
また電池の形状は、通常、ボタン形にされるが、筒形の
電池にも通用することができる。
電池にも通用することができる。
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 ・
厚さ0.1mm、直径7.8mmのリチウム板2枚と厚
さ0.3mm、直径7.81で第3図に模式的に示す構
造のアルミニウムー銅構造体を負極材料に用い、負極缶
内に一方のリチウム板、アルミニウムー銅構造体、他方
のリチウム板の順に配置し、以後、常法に準じて電池組
立を行い、電解質の存在下で電気化学的にリチウムを上
記アルミニウムー銅構造体中のアルミニウムと合金化し
て負極とした。
さ0.3mm、直径7.81で第3図に模式的に示す構
造のアルミニウムー銅構造体を負極材料に用い、負極缶
内に一方のリチウム板、アルミニウムー銅構造体、他方
のリチウム板の順に配置し、以後、常法に準じて電池組
立を行い、電解質の存在下で電気化学的にリチウムを上
記アルミニウムー銅構造体中のアルミニウムと合金化し
て負極とした。
なお、アルミニウムー銅構造体を示す第3図において、
11はアルミニウムで、12は銅であり、13はステン
レス鋼製網である。このアルミニウムー銅構造体は、ス
テンレス鋼製網を基材にし、その上にアルミニウムをプ
ラズマ溶射法によって溶着し、ついで銅をプラズマ溶射
法によって上記アルミニウム層上に部分的に溶着し、さ
らにアルミニウムをプラズマ溶射法によって銅およびア
ルミニウム上に溶着し、ついで銅をプラズマ溶射法によ
ってアルミニウム層上に部分的に溶着し、このアルミニ
ウムのプラズマ溶射による溶着および銅のプラズマ溶射
による部分的溶着を繰り返して形成したものであり、ア
ルミニウムと銅の割合は重量比で90 : 10である
。
11はアルミニウムで、12は銅であり、13はステン
レス鋼製網である。このアルミニウムー銅構造体は、ス
テンレス鋼製網を基材にし、その上にアルミニウムをプ
ラズマ溶射法によって溶着し、ついで銅をプラズマ溶射
法によって上記アルミニウム層上に部分的に溶着し、さ
らにアルミニウムをプラズマ溶射法によって銅およびア
ルミニウム上に溶着し、ついで銅をプラズマ溶射法によ
ってアルミニウム層上に部分的に溶着し、このアルミニ
ウムのプラズマ溶射による溶着および銅のプラズマ溶射
による部分的溶着を繰り返して形成したものであり、ア
ルミニウムと銅の割合は重量比で90 : 10である
。
上記負極を有する電池の断面図を第1図に示す。
図中、1はステンレス鋼製で表面にニッケルメッキを施
した負極缶で、2は負掻缶1の内面にスポット溶接した
ステンレス鋼製網よりなる負極集電体である。3は負極
で、第2図に示すように、アルカリ金属板(本実施例で
は、前述のようにリチウム板が用いられている)381
金属構造体(本実施例では、第3図に示すようなアルミ
ニウムー銅構造体が用いられている)3bおよびアルカ
リ金属板(本実施例では前述のようにリチウム板が用い
られている) 3cを上記負極缶1内に配置して電解質
の存在下でアルカリ金属としてのリチウムと金属構造体
の主金属Mであるアルミニウムとを合金化することによ
り形成したものである。4は微孔性ポリプロピレンフィ
ルムからなるセパレータ、5はポリプロピレン不織布か
らなる電解質吸収体である。6は二硫化チタン(T i
32 )を活物質とし、ポリテトラフルオロエチレン
をバインダー止して加圧成形した正極で、厚さ0.5m
m、直径7゜01lI11の円板状をしており、その一
方の面にはステンレス鋼製網からなる正極集電体7が配
置されている。8はステンレス鋼製で表面にニッケルメ
ッキを施した工種缶で、9はポリプロピレン製のガスケ
ットである。そして、この電池には4−メチル−1,3
−ジオキソラン60容量%、112−ジメトキシエタン
34.8%およびヘキサメチルホスホリックトリアミド
5.2容量%からなる混合溶媒にLiPF6を1.0
mol/ l溶解した液状の有機鼻水電解質が使用され
ている。この電池の負極中のリチウムの組成は約32原
子%で負極理論電気量は18mAhであり、正極の理1
ris気量は8 m A hである。
した負極缶で、2は負掻缶1の内面にスポット溶接した
ステンレス鋼製網よりなる負極集電体である。3は負極
で、第2図に示すように、アルカリ金属板(本実施例で
は、前述のようにリチウム板が用いられている)381
金属構造体(本実施例では、第3図に示すようなアルミ
ニウムー銅構造体が用いられている)3bおよびアルカ
リ金属板(本実施例では前述のようにリチウム板が用い
られている) 3cを上記負極缶1内に配置して電解質
の存在下でアルカリ金属としてのリチウムと金属構造体
の主金属Mであるアルミニウムとを合金化することによ
り形成したものである。4は微孔性ポリプロピレンフィ
ルムからなるセパレータ、5はポリプロピレン不織布か
らなる電解質吸収体である。6は二硫化チタン(T i
32 )を活物質とし、ポリテトラフルオロエチレン
をバインダー止して加圧成形した正極で、厚さ0.5m
m、直径7゜01lI11の円板状をしており、その一
方の面にはステンレス鋼製網からなる正極集電体7が配
置されている。8はステンレス鋼製で表面にニッケルメ
ッキを施した工種缶で、9はポリプロピレン製のガスケ
ットである。そして、この電池には4−メチル−1,3
−ジオキソラン60容量%、112−ジメトキシエタン
34.8%およびヘキサメチルホスホリックトリアミド
5.2容量%からなる混合溶媒にLiPF6を1.0
mol/ l溶解した液状の有機鼻水電解質が使用され
ている。この電池の負極中のリチウムの組成は約32原
子%で負極理論電気量は18mAhであり、正極の理1
ris気量は8 m A hである。
上記電解質におけるヘキサメチルホスホリックトリアミ
ドはLiPF6を安定化させるための安定化剤である。
ドはLiPF6を安定化させるための安定化剤である。
実施例2
実施例1におけるアルミニウムー銅構造体に代えて、第
3図のアルミニウムー銅構造体の胴部分ヲニッケルに置
き換えた構成のアルミニウムーニッケル構造体を用いた
ほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二次電
池を作製した。
3図のアルミニウムー銅構造体の胴部分ヲニッケルに置
き換えた構成のアルミニウムーニッケル構造体を用いた
ほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二次電
池を作製した。
実施例3
第3図のアルミニウムー銅構造体に代えて、第4図に模
式的に示すアルミニウムーガリウム−鋼構造体(アルミ
ニウム、ガリウム、銅の重量比80:15:5)を用い
たほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二次
電池を作製した。なお、アルミニウムーガリウム−鋼構
造体3bを示す第4図において、2)はアルミニウム、
22はガリウム、23は銅、24はステンレス鋼製網で
ある。このアルミニウムーガリウム−鋼構造体は、ステ
ンレス鋼製網を基材にし、その上にアルミニウムをプラ
ズマ溶射法によって溶着し、つぎにガリウムをプラズマ
溶射法によって上記アルミニウム層上に部分的に溶着し
、ついでアルミニウムをプラズマ溶射法によってそのガ
リウムおよび最初のアルミニウム層上に溶着し、つぎに
銅をプラズマ溶射法によってアルミニウム層上に部分的
に溶着し、さらにアルミニウムをプラズマ溶射法によっ
て溶着し、このアルミニウムのプラズマ溶射法による溶
着、ガリウムのプラズマ溶射法による部分的溶着、アル
ミニウムのプラズマ溶射法による溶着、銅のプラズマ溶
射法による部分的溶着を適宜繰り返して形成したもので
ある。
式的に示すアルミニウムーガリウム−鋼構造体(アルミ
ニウム、ガリウム、銅の重量比80:15:5)を用い
たほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二次
電池を作製した。なお、アルミニウムーガリウム−鋼構
造体3bを示す第4図において、2)はアルミニウム、
22はガリウム、23は銅、24はステンレス鋼製網で
ある。このアルミニウムーガリウム−鋼構造体は、ステ
ンレス鋼製網を基材にし、その上にアルミニウムをプラ
ズマ溶射法によって溶着し、つぎにガリウムをプラズマ
溶射法によって上記アルミニウム層上に部分的に溶着し
、ついでアルミニウムをプラズマ溶射法によってそのガ
リウムおよび最初のアルミニウム層上に溶着し、つぎに
銅をプラズマ溶射法によってアルミニウム層上に部分的
に溶着し、さらにアルミニウムをプラズマ溶射法によっ
て溶着し、このアルミニウムのプラズマ溶射法による溶
着、ガリウムのプラズマ溶射法による部分的溶着、アル
ミニウムのプラズマ溶射法による溶着、銅のプラズマ溶
射法による部分的溶着を適宜繰り返して形成したもので
ある。
実施例4
実施例1におけるアルミニウムー銅構造体に代えて、第
3図に示すアルミニウムー銅構造体の柄部分をビスマス
に置き換えた構成のアルミニウムービスマス構造体を用
いたほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二
次電池を作製した。
3図に示すアルミニウムー銅構造体の柄部分をビスマス
に置き換えた構成のアルミニウムービスマス構造体を用
いたほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二
次電池を作製した。
比較例1
厚さ0.1++w、直径7,8Iのリチウム板2枚と、
厚さ0.3mm、直径7.8mmのアルミニウム板とを
負極材料として用い、負極缶に一方のリチウム板、アル
ミニウム板、他方のリチウム板の順に配置し、電解質の
存在下でリチウムとアルミニウムとを合金化して負極と
したほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二
次電池を作製した。
厚さ0.3mm、直径7.8mmのアルミニウム板とを
負極材料として用い、負極缶に一方のリチウム板、アル
ミニウム板、他方のリチウム板の順に配置し、電解質の
存在下でリチウムとアルミニウムとを合金化して負極と
したほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二
次電池を作製した。
上記実施例1〜4の電池および比較例1の電池について
、1.0m Aの定電流で0.5mAhの充放電を1.
5〜2.5vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.5
mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイクル数との関
係を開ぺ、その結果を第5図に示した。
、1.0m Aの定電流で0.5mAhの充放電を1.
5〜2.5vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.5
mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイクル数との関
係を開ぺ、その結果を第5図に示した。
第5図に示すように、アルミニウム中にそれぞれ銅、ニ
ッケル、ガリウムと銅、ビスマスを合金化させずに分散
させた実施例1〜4の電池は、アルミニウムだけを用い
た比較例1の電池に比べて、各サイクルにおける0、5
mAh放電終了時の電池電圧が高く、また1、5v終了
で見た場合の0.5mAh放電可能なサイクル数も多く
充放電サイクル特性が優れていた。
ッケル、ガリウムと銅、ビスマスを合金化させずに分散
させた実施例1〜4の電池は、アルミニウムだけを用い
た比較例1の電池に比べて、各サイクルにおける0、5
mAh放電終了時の電池電圧が高く、また1、5v終了
で見た場合の0.5mAh放電可能なサイクル数も多く
充放電サイクル特性が優れていた。
実施例5
実施例1におけるアルミニウムー銅構造体に代えて、第
3図のアルミニウムー銅構造体のアルミニウム部分をガ
リウムを4原子%含有するアルミニウム合金に置き換え
た構成のアルミニウム合金−鋼構造体を用いたほかは実
施例1と同様の構成からなる非水電解質二次電池を作製
した。
3図のアルミニウムー銅構造体のアルミニウム部分をガ
リウムを4原子%含有するアルミニウム合金に置き換え
た構成のアルミニウム合金−鋼構造体を用いたほかは実
施例1と同様の構成からなる非水電解質二次電池を作製
した。
比較例2
実施例5におけるアルミニウム合金−fIIl造体に代
えて、厚さ0.3mm、直径7.8闘でガリウムを4原
子%含有するアルミニウムーガリウム合金板を用いたほ
かは実施例5と同様の構成からなる非水電解質二次電池
を作製した。
えて、厚さ0.3mm、直径7.8闘でガリウムを4原
子%含有するアルミニウムーガリウム合金板を用いたほ
かは実施例5と同様の構成からなる非水電解質二次電池
を作製した。
上記実施例5の電池および比較例2の電池について、1
.QmAの定電流で0.5mAhの充放電を1.5〜2
.5vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.5m A
h放電終了時の電池電圧と充放電サイクル数との関係
を調べ、その結果を第6図に示した。
.QmAの定電流で0.5mAhの充放電を1.5〜2
.5vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.5m A
h放電終了時の電池電圧と充放電サイクル数との関係
を調べ、その結果を第6図に示した。
第6図に示すように、銅をアルミニウムーガリウム合金
中に分散させた実施例5の電池は、アルミニウムーガリ
ウム合金だけを用いた比較例2の電池に比べて、各サイ
クルにおける0、5mAh放電終了時の電池電圧が高く
充放電サイクル特性が優れていた。
中に分散させた実施例5の電池は、アルミニウムーガリ
ウム合金だけを用いた比較例2の電池に比べて、各サイ
クルにおける0、5mAh放電終了時の電池電圧が高く
充放電サイクル特性が優れていた。
実施例6
実施例1におけるアルミニウムー銅構造体に代えて、第
3図のアルミニウムー洞を構造体のアルミニウム部分を
ビスマスに置き喚えた構成のビスマス−鋼構造体を用い
たほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二次
電池を作製した。
3図のアルミニウムー洞を構造体のアルミニウム部分を
ビスマスに置き喚えた構成のビスマス−鋼構造体を用い
たほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質二次
電池を作製した。
実施例7
実施例1におけるアルミニウムー銅構造体に代えて、第
4図のアルミニウムーガリウム−鋼構造体のそれぞれの
成分をビスマス、ガリウム、ニッケルに置き換えた構成
のビスマス−ガリウム−ニッケル構造体(ビスマス、ガ
リウム、ニッケルの重量比70 : 20 : 10)
を用いたほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解
質二次電池を作製した。
4図のアルミニウムーガリウム−鋼構造体のそれぞれの
成分をビスマス、ガリウム、ニッケルに置き換えた構成
のビスマス−ガリウム−ニッケル構造体(ビスマス、ガ
リウム、ニッケルの重量比70 : 20 : 10)
を用いたほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解
質二次電池を作製した。
比較例3
実施例6におけるビスマス−銅構遺体に代えて、厚さ0
.3m++s、直径?、hmのビスマス板を用いたほか
は実施例6と同様の構成からなる非水電解質二次電池を
作製した。
.3m++s、直径?、hmのビスマス板を用いたほか
は実施例6と同様の構成からなる非水電解質二次電池を
作製した。
上記実施例6〜7の電池および比較例3の電池について
、1.QmAの定電流で0.5mAhの充放電を1.0
〜1.6 Vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.5
rrrA h 11t霜終了時の電池電圧と充放電サイ
クル数との関係を調べ、その結果を第7図に示した。
、1.QmAの定電流で0.5mAhの充放電を1.0
〜1.6 Vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.5
rrrA h 11t霜終了時の電池電圧と充放電サイ
クル数との関係を調べ、その結果を第7図に示した。
第7図に示すように、銅をビスマス中に合金化させずに
分散させた実施例6の電池やガリウムとニッケルをビス
マス中に合金化させずに分散させた実施例7の電池は、
ビスマスだけを用いた比較例3の電池に比べて、各サイ
クルにおける0、5mAh放電終了時の電池電圧が高く
充放電サイクル特性が優れていた。
分散させた実施例6の電池やガリウムとニッケルをビス
マス中に合金化させずに分散させた実施例7の電池は、
ビスマスだけを用いた比較例3の電池に比べて、各サイ
クルにおける0、5mAh放電終了時の電池電圧が高く
充放電サイクル特性が優れていた。
実施例8
実施例1におけるアルミニウムー銅構造体に代えて、第
4図のアルミニウムーガリウム−鋼構造体のアルミニウ
ム、ガリウム部分をそれぞれホウ素、アンチモンに置き
換えた構成のホウ素−アンチモンー銅構造体(ホウ素、
アンチモン、銅の重量比70 : 20 : 10)を
用いたほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質
二次電池を作製した。
4図のアルミニウムーガリウム−鋼構造体のアルミニウ
ム、ガリウム部分をそれぞれホウ素、アンチモンに置き
換えた構成のホウ素−アンチモンー銅構造体(ホウ素、
アンチモン、銅の重量比70 : 20 : 10)を
用いたほかは実施例1と同様の構成からなる非水電解質
二次電池を作製した。
比較例4
実施9118におけるホウ素−アンチモンー銅構造体に
代えて、厚さ0.31、直径7.8a+mのホウ素板を
用いたほかは実施例8と同様の構成からなる非水電解質
二次電池を作製した。
代えて、厚さ0.31、直径7.8a+mのホウ素板を
用いたほかは実施例8と同様の構成からなる非水電解質
二次電池を作製した。
上記実施例8の電池および比較例4の電池について、1
.0m Aの定電流で0.25m A hの充放電を1
.5〜2.5vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.
25m A h放電終了時の電池電圧と充放電サイクル
数との関係を調べ、その結果を第8図に示した。
.0m Aの定電流で0.25m A hの充放電を1
.5〜2.5vの電圧範囲でサイクルさせたときの0.
25m A h放電終了時の電池電圧と充放電サイクル
数との関係を調べ、その結果を第8図に示した。
第8図に示すように、ホウ素中にアンチモンと銅を分散
させた実施例8の電池は、ホウ素だけを用いた比較例4
の電池に比べて、各サイクルにおける0、25m A
h放電終了時の電池電圧が高く、また、1.5v終了で
見た場合の0.25m A h放電可焼なサイクル数も
多く充放電サイクル特性が優れていた。
させた実施例8の電池は、ホウ素だけを用いた比較例4
の電池に比べて、各サイクルにおける0、25m A
h放電終了時の電池電圧が高く、また、1.5v終了で
見た場合の0.25m A h放電可焼なサイクル数も
多く充放電サイクル特性が優れていた。
以上説明したように、本発明では、アルカリ金属と合金
化する主金属M中に開会IBM’を合金化させずに分散
させて形成した金属構造体にアルカリ金属を電気化学的
に合金化させて負極を構成することによって、負極の微
細化ないしは崩壊を防止し、充放電サイクル特性を向上
させることができた。
化する主金属M中に開会IBM’を合金化させずに分散
させて形成した金属構造体にアルカリ金属を電気化学的
に合金化させて負極を構成することによって、負極の微
細化ないしは崩壊を防止し、充放電サイクル特性を向上
させることができた。
第1図は本発明に係る非水電解質二次電池の一例を示す
断面図であり、第2図は第1図に示す電池の負極材料が
合金化する前の状態を示す断面図である。第3図は本発
明の非水電解質二次電池に用いられた金属構造体の一例
を模式的に示す部分拡大断面図であり、第4図は本発明
の非水電解質二次電池に用いられた金属構造体の他の例
を模式的に示す部分拡大断面図である。第5図は実施例
1〜4の電池と比較例1の電池の充放電サイクルを繰り
返した時の0.5mAh放電終了時の電池電圧と充放電
サイクル数との関係を示す図であり、第6図は実施例5
の電池と比較例2の電池の充放電サイクルを繰り返した
時の0.5mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイク
ル数との関係を示す図である。第7図は実施例6〜7の
電池と比較例3の電池の充放電サイクルを繰り返した時
の0.5mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイクル
数との関係を示す図であり、第8図は実施例8の電池と
比較例4の電池の充放電サイクルを繰り返した時の0.
25mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイクル数と
の関係を示す図である。 3・・・負極、 3a、3c・・・アルカリ金属板、3
b・・・金属構造体、 6・・・正極、 11・・・ア
ルミニウム、 12・・・銅、 2)・・・アルミニウ
ム、22・・・ガリウム、 23・・・銅 寸ωへ− 忍累gぷ − ジ 是 −日 〉 り 囚 w 是 櫂 1) 〉 トQ の 挿 個 任 日 〉 第 8 図 充放電サイクル数(回)
断面図であり、第2図は第1図に示す電池の負極材料が
合金化する前の状態を示す断面図である。第3図は本発
明の非水電解質二次電池に用いられた金属構造体の一例
を模式的に示す部分拡大断面図であり、第4図は本発明
の非水電解質二次電池に用いられた金属構造体の他の例
を模式的に示す部分拡大断面図である。第5図は実施例
1〜4の電池と比較例1の電池の充放電サイクルを繰り
返した時の0.5mAh放電終了時の電池電圧と充放電
サイクル数との関係を示す図であり、第6図は実施例5
の電池と比較例2の電池の充放電サイクルを繰り返した
時の0.5mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイク
ル数との関係を示す図である。第7図は実施例6〜7の
電池と比較例3の電池の充放電サイクルを繰り返した時
の0.5mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイクル
数との関係を示す図であり、第8図は実施例8の電池と
比較例4の電池の充放電サイクルを繰り返した時の0.
25mAh放電終了時の電池電圧と充放電サイクル数と
の関係を示す図である。 3・・・負極、 3a、3c・・・アルカリ金属板、3
b・・・金属構造体、 6・・・正極、 11・・・ア
ルミニウム、 12・・・銅、 2)・・・アルミニウ
ム、22・・・ガリウム、 23・・・銅 寸ωへ− 忍累gぷ − ジ 是 −日 〉 り 囚 w 是 櫂 1) 〉 トQ の 挿 個 任 日 〉 第 8 図 充放電サイクル数(回)
Claims (8)
- (1)正極、アルカリ金属イオン伝導性非水電解質およ
び負極を備えてなる非水電解質二次電池において、上記
負極がアルカリ金属と合金化する主金属Mに副金属M′
を合金化させずに分散させて形成した金属構造体にアル
カリ金属を電気化学的に合金化して構成されていること
を特徴とする非水電解質二次電池。 - (2)副金属M′がアルカリ金属と合金化しない金属で
ある特許請求の範囲第1項記載の非水電解質二次電池。 - (3)副金属M′がアルカリ金属と合金化する金属であ
る特許請求の範囲第1項記載の非水電解質二次電池。 - (4)副金属M′がアルカリ金属と合金化する金属とア
ルカリ金属と合金化しない金属とからなる特許請求の範
囲第1項記載の非水電解質二次電池。 - (5)主金属Mと副金属M′との割合が重量比で1:1
〜99:1である特許請求の範囲第1項、第2項、第3
項または第4項記載の非水電解質二次電池。 - (6)主金属Mがアルミニウム、ビスマス、アンチモン
、砒素、ホウ素、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム
の単体またはそれらの合金より選ばれた少なくとも1種
で、副金属M′が銅、チタン、鉄、ニッケル、タンタル
、ジルコニウム、ステンレス鋼の単体またはそれらの合
金より選ばれた少なくとも1種である特許請求の範囲第
2項記載の非水電解質二次電池。 - (7)主金属Mがアルミニウムで、副金属M′が銅、チ
タン、ニッケル、ビスマス、アンチモン、砒素、珪素、
ホウ素、インジウム、ガリウムまたはゲルマニウムより
選ばれた少なくとも1種である特許請求の範囲1項記載
の非水電解質二次電池。 - (8)アルカリ金属がリチウムで、正極活物質が二硫化
チタンである特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、
第4項、第5項、第6項または第7項記載の非水電解質
二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61156976A JPH07114124B2 (ja) | 1986-07-02 | 1986-07-02 | 非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61156976A JPH07114124B2 (ja) | 1986-07-02 | 1986-07-02 | 非水電解質二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6313264A true JPS6313264A (ja) | 1988-01-20 |
| JPH07114124B2 JPH07114124B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=15639445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61156976A Expired - Lifetime JPH07114124B2 (ja) | 1986-07-02 | 1986-07-02 | 非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07114124B2 (ja) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63285865A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
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