JPS6220248A - 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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- JPS6220248A JPS6220248A JP60159724A JP15972485A JPS6220248A JP S6220248 A JPS6220248 A JP S6220248A JP 60159724 A JP60159724 A JP 60159724A JP 15972485 A JP15972485 A JP 15972485A JP S6220248 A JPS6220248 A JP S6220248A
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- Japan
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- lithium
- aluminum
- lead
- negative electrode
- secondary battery
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/40—Alloys based on alkali metals
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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〕
この発明は非水電解質二次電池に関する。さらに詳しく
は、充放電特性が良好な非水電解質二次電池に関する。
は、充放電特性が良好な非水電解質二次電池に関する。
従来、リチウムを負極活物質とする非水電解質二次電池
では、金属リチウムが単体で負極に用いられていたが、
充電時の析出リチウムが非常に活性で電解質と反応した
り、リチウムがデンドライト状（樹枝状）に析出し、充
放電の繰り返しによって上記プントライＩ・が成長し、
このデンドライト状に成長したリチウムが正極、負極間
を隔離するセパレータを貫通し、正極に接触して内部短
絡を生じ、充放電特性が低下するという問題があった。
では、金属リチウムが単体で負極に用いられていたが、
充電時の析出リチウムが非常に活性で電解質と反応した
り、リチウムがデンドライト状（樹枝状）に析出し、充
放電の繰り返しによって上記プントライＩ・が成長し、
このデンドライト状に成長したリチウムが正極、負極間
を隔離するセパレータを貫通し、正極に接触して内部短
絡を生じ、充放電特性が低下するという問題があった。
そのため、リチウム−アルミニウム合金を負極に用いる
ことによって、充放電特性を改良することが提案されて
いる（たとえば米国特許第４，００２゜４９２号明細書
）。
ことによって、充放電特性を改良することが提案されて
いる（たとえば米国特許第４，００２゜４９２号明細書
）。
上記リチウムーアルミニウム合金は、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中に拡散させることによって析出リ
チウムの電解質との反応やリチウムのデンドライト成長
を抑制しようとするものであるが、充電時におけるリチ
ウムとアルミニウムとの電気化学的合金化反応が充分に
速いとはいえず、必ずしも満足し得るほどの充放電特性
は得られなかった。
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中に拡散させることによって析出リ
チウムの電解質との反応やリチウムのデンドライト成長
を抑制しようとするものであるが、充電時におけるリチ
ウムとアルミニウムとの電気化学的合金化反応が充分に
速いとはいえず、必ずしも満足し得るほどの充放電特性
は得られなかった。
この発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので
、リチウムと、アルミニウム−鉛合金とを合金化して負
極とすることによって、充放電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。
、リチウムと、アルミニウム−鉛合金とを合金化して負
極とすることによって、充放電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。
すなわち、リチウムをアルミニウムと鉛とで合金化して
負極に用いると、充電時のリチウムとアルミニウムおよ
び鉛との電気化学的合金化反応速度がリチウムとアルミ
ニウムとの電気化学的合金化反応速度より速くなり、析
出リチウムの電解質との反応やデンドライト成長がリチ
ウム−アルミニウム合金の場合よりもより一層防止され
るようになり、それによって充放電特性がリチウム−ア
ルミニウム合金の場合よりもさらに向上するのである。
負極に用いると、充電時のリチウムとアルミニウムおよ
び鉛との電気化学的合金化反応速度がリチウムとアルミ
ニウムとの電気化学的合金化反応速度より速くなり、析
出リチウムの電解質との反応やデンドライト成長がリチ
ウム−アルミニウム合金の場合よりもより一層防止され
るようになり、それによって充放電特性がリチウム−ア
ルミニウム合金の場合よりもさらに向上するのである。
上記のように、鉛をアルミニウムと合金化しておくこと
により、充電時のリチウムとの電気化学的合金化反応が
アルミニウム単独の場合よりも速くなり、充放電特性が
向」ニするが、注目すべきことは、この鉛は少量でも充
放電特性の向上にあたって顕著な効果を発揮することで
ある。つまり、鉛がアルミニウム中に少量添加されると
、この鉛がアルミニウム中で局在化して粒界を形成する
。
により、充電時のリチウムとの電気化学的合金化反応が
アルミニウム単独の場合よりも速くなり、充放電特性が
向」ニするが、注目すべきことは、この鉛は少量でも充
放電特性の向上にあたって顕著な効果を発揮することで
ある。つまり、鉛がアルミニウム中に少量添加されると
、この鉛がアルミニウム中で局在化して粒界を形成する
。
そして、この鉛が粒界として存在するアルミニウムにリ
チウムを電気化学的に合金化させると、合金化が粒界部
分から進行し、ついでアルミニウム結晶中にリチウムが
拡散するようになる。したがって、この粒界によって電
気化学的合金化面積が広くなり、充電時の合金化が速く
なり、また同様な理由から放電時のリチウムの放出も速
くなるのである。
チウムを電気化学的に合金化させると、合金化が粒界部
分から進行し、ついでアルミニウム結晶中にリチウムが
拡散するようになる。したがって、この粒界によって電
気化学的合金化面積が広くなり、充電時の合金化が速く
なり、また同様な理由から放電時のリチウムの放出も速
くなるのである。
アルミニウムと鉛との合金化は、通常、それらの粉末を
混合して加熱溶融する、いわゆる冶金学的合金化によっ
て行われるが、このアルミニウム−鉛合金とリチウムと
の合金化は、冶金学的合金化はもとより、電解質の存在
下での電気化学的合金化によっても行゛うことができる
。また、この電気化学的合金化は電池内で行うこともで
きるし、また電池外で行ってもよい。
混合して加熱溶融する、いわゆる冶金学的合金化によっ
て行われるが、このアルミニウム−鉛合金とリチウムと
の合金化は、冶金学的合金化はもとより、電解質の存在
下での電気化学的合金化によっても行゛うことができる
。また、この電気化学的合金化は電池内で行うこともで
きるし、また電池外で行ってもよい。
上記アルミニウム−鉛合金中における鉛の量は、通常、
０．２〜４５原子％にされる。特に鉛の量が３〜３５原
子％の範囲が好ましい。これは、鉛の量が上記範囲より
少なくなると、粒界の形成量が少なく、したがって、充
電時のリチウムとの合金化や放電時のリチウムの溶出を
速める効果が少なくなり、また、鉛の量が」１記範囲よ
り多くなると、リチウム−アルミニウム合金よりもリチ
ウム−鉛合金の特徴が強く現れるようになり、リヂウム
ーアルミニウム合金の長所が減少し、充放電特性が悪く
なるからである。
０．２〜４５原子％にされる。特に鉛の量が３〜３５原
子％の範囲が好ましい。これは、鉛の量が上記範囲より
少なくなると、粒界の形成量が少なく、したがって、充
電時のリチウムとの合金化や放電時のリチウムの溶出を
速める効果が少なくなり、また、鉛の量が」１記範囲よ
り多くなると、リチウム−アルミニウム合金よりもリチ
ウム−鉛合金の特徴が強く現れるようになり、リヂウム
ーアルミニウム合金の長所が減少し、充放電特性が悪く
なるからである。
そして、リチウムとアルミニウム−鉛合金との合金割合
は、電池の用途に応じて種々に変えられる。一般にはリ
チウムが１０〜５０原子％の範囲から選ばれるが、特に
リチウムが３０〜４５原子％の範囲で好ましい結果が得
られる。
は、電池の用途に応じて種々に変えられる。一般にはリ
チウムが１０〜５０原子％の範囲から選ばれるが、特に
リチウムが３０〜４５原子％の範囲で好ましい結果が得
られる。
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７．８ｍｍで鉛を３原子％合有す
るアルミニウム−鉛合金板とを負極材料に用い、負極缶
内に一方のリチウム板、アルミニウム−鉛合金板、他方
のリチウム板の順に配置し、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とアルミニ
ウム−鉛合金とを合金化して負極とした。
厚さ０．３ｍｍ、直径７．８ｍｍで鉛を３原子％合有す
るアルミニウム−鉛合金板とを負極材料に用い、負極缶
内に一方のリチウム板、アルミニウム−鉛合金板、他方
のリチウム板の順に配置し、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とアルミニ
ウム−鉛合金とを合金化して負極とした。
上記負極を有する電池を第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は負極缶１の内面にスポット溶接したステンレス鋼網
よりなる負極集電体である。３は負極で、前記のように
リチウム板、鉛を３原子％含有するアルミニウム−鉛合
金板およびリチウム板を上記負極缶１内に配置して、電
解質の存在下で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（ＴｉＳ２）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として加圧成
形した正極で、厚さ０．５ｍｍ、直径７．０ｍｍの円板
状をしており、その一方の面にはステンレス鋼網からな
る正極集電体７が配設されている。８はステンレス鋼製
で表面にニッケルメッキを施した正極缶で、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％、１．
２−ジメトキシエタン３４．８容量％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 ／ １熔解した液状
の有機非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３５原子％で、負極理論電気量は
２０ｍＡｈであり、正極の理論電気量は８ｍＡｈ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］−１ＰＦ６を安定化させるための安定剤である
。
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は負極缶１の内面にスポット溶接したステンレス鋼網
よりなる負極集電体である。３は負極で、前記のように
リチウム板、鉛を３原子％含有するアルミニウム−鉛合
金板およびリチウム板を上記負極缶１内に配置して、電
解質の存在下で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（ＴｉＳ２）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として加圧成
形した正極で、厚さ０．５ｍｍ、直径７．０ｍｍの円板
状をしており、その一方の面にはステンレス鋼網からな
る正極集電体７が配設されている。８はステンレス鋼製
で表面にニッケルメッキを施した正極缶で、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％、１．
２−ジメトキシエタン３４．８容量％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 ／ １熔解した液状
の有機非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３５原子％で、負極理論電気量は
２０ｍＡｈであり、正極の理論電気量は８ｍＡｈ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］−１ＰＦ６を安定化させるための安定剤である
。
実施例２
鉛を３原子％含有するアルミニウム−鉛合金板に代えて
、鉛含有量が１５原子％のアルミニウム−鉛合金板を用
いたほかは実施例１と同様にして非水電解質二次電池を
製造した。
、鉛含有量が１５原子％のアルミニウム−鉛合金板を用
いたほかは実施例１と同様にして非水電解質二次電池を
製造した。
実施例３
鉛を３原子％含有するアルミニウム−鉛合金板に代えて
、鉛含有量が２５原子％のアルミニウム−鉛合金板を用
いたほかは実施例１と同様にして非水電解質二次電池を
製造した。
、鉛含有量が２５原子％のアルミニウム−鉛合金板を用
いたほかは実施例１と同様にして非水電解質二次電池を
製造した。
比較例
厚さ０．１ｍｍ、直径７．８＋ｎｍのリチウム板２枚と
、厚さ０．３ｍｍ、直径７．８＋ｎｍ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と同様にして非水電解質二次電
池を製造した。
、厚さ０．３ｍｍ、直径７．８＋ｎｍ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と同様にして非水電解質二次電
池を製造した。
」１記実施例１〜３の電池および比較例の電池を１．０
ｍ 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際の０．５ｍ Ａｈ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
た。その結果を第２図に示す。なお、実施例１〜３の各
充放電サイクルにおける０、５ｍＡｈ放電終了時の電池
電圧は、いずれもほぼ同様であり、それぞれについて図
示すると繁雑化するため、第２図においては、実施例１
の電池電圧のみを図示し、実施例２〜３の電池電圧は図
示することなく、実施例１の電池電圧で代表表示し、実
施例１の電池電圧変化を示す曲線に実施例１の文字と共
に実施例２．３の数字を付した。
ｍ 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際の０．５ｍ Ａｈ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
た。その結果を第２図に示す。なお、実施例１〜３の各
充放電サイクルにおける０、５ｍＡｈ放電終了時の電池
電圧は、いずれもほぼ同様であり、それぞれについて図
示すると繁雑化するため、第２図においては、実施例１
の電池電圧のみを図示し、実施例２〜３の電池電圧は図
示することなく、実施例１の電池電圧で代表表示し、実
施例１の電池電圧変化を示す曲線に実施例１の文字と共
に実施例２．３の数字を付した。
第２図に示す結果からも明らかなように、鉛をそれぞれ
３原子％、１５原子％、２５原子％含有するアルミニウ
ム−鉛合金を用いた実施例１．２および３の電池は、鉛
を含まないアルミニウムを用いた比較例の電池に比べて
、各サイクルにおける０、５ｍＡｈ放電終了時の電池電
圧が高く、また１、５■終了で見た場合の０．５ｍ Ａ
ｈ放電可能なサイクル数も多く、充放電特性が優れて
いた。
３原子％、１５原子％、２５原子％含有するアルミニウ
ム−鉛合金を用いた実施例１．２および３の電池は、鉛
を含まないアルミニウムを用いた比較例の電池に比べて
、各サイクルにおける０、５ｍＡｈ放電終了時の電池電
圧が高く、また１、５■終了で見た場合の０．５ｍ Ａ
ｈ放電可能なサイクル数も多く、充放電特性が優れて
いた。
上記実施例では、電解質として、４−メチル−１，３−
ジオキソランと１，２−ジメトキシエタンとを溶媒とす
る液状の有機電解質を用いたが、溶媒の種類、また溶質
の種類も種々変え得る。一般には、たとえば１，２−ジ
メトキシエタン、１，２−ジェトキシエタン、プロビレ
ンカーボネ−１・、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
独または２種以上の混合溶媒に、たとえばＬｉＣＩＯ４
、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ （Ｃ６Ｈ５） ４
などの溶質を１種または２種以上熔解したものが用いら
れる。
ジオキソランと１，２−ジメトキシエタンとを溶媒とす
る液状の有機電解質を用いたが、溶媒の種類、また溶質
の種類も種々変え得る。一般には、たとえば１，２−ジ
メトキシエタン、１，２−ジェトキシエタン、プロビレ
ンカーボネ−１・、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
独または２種以上の混合溶媒に、たとえばＬｉＣＩＯ４
、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ （Ｃ６Ｈ５） ４
などの溶質を１種または２種以上熔解したものが用いら
れる。
また、実施例では、正極活物質として、二硫化チタンを
用いたが、それに代えて、たとえば二硫化モリブデンＣ
Ｍ、０３２）、三硫化モリブデン（Ｍｏ２Ｂ）、二硫化
鉄（ＦｅＳ２）、硫化ジルコニウム（ＺｒＳ２）、二硫
化ニオブ（ＮｂＳ２）、三硫化リンニッケル（ＮｉＰＳ
３）、バナジウムセレナイド（ＶＳｅ２）などを用いる
ことができる。
用いたが、それに代えて、たとえば二硫化モリブデンＣ
Ｍ、０３２）、三硫化モリブデン（Ｍｏ２Ｂ）、二硫化
鉄（ＦｅＳ２）、硫化ジルコニウム（ＺｒＳ２）、二硫
化ニオブ（ＮｂＳ２）、三硫化リンニッケル（ＮｉＰＳ
３）、バナジウムセレナイド（ＶＳｅ２）などを用いる
ことができる。
以上説明したように、本発明ではリチウムと、アルミニ
ウム−鉛合金とを合金化して負極とすることにより充放
電特性の優れた非水電解質二次電池を提供することがで
きた。
ウム−鉛合金とを合金化して負極とすることにより充放
電特性の優れた非水電解質二次電池を提供することがで
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図は本発明の実施例１〜３の電池と
比較例の電池の充放電サイクルを繰り返したときの０．
５ｍ Ａ ｈ放Ｎ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、 ６・・・正極 特許出願人 日立マクセル株式会社 第１図 ３１．１柚
断面図であり、第２図は本発明の実施例１〜３の電池と
比較例の電池の充放電サイクルを繰り返したときの０．
５ｍ Ａ ｈ放Ｎ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、 ６・・・正極 特許出願人 日立マクセル株式会社 第１図 ３１．１柚
Claims (2)
- （１）正極、リチウム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、リチウム
と、アルミニウム−鉛合金とを合金化して負極に用いた
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 - （２）アルミニウム−鉛合金中の鉛の量が０．２〜４５
原子％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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60159724A JPS6220248A (ja) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | 非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60159724A JPS6220248A (ja) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | 非水電解質二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6220248A true JPS6220248A (ja) | 1987-01-28 |
Family
ID=15699892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60159724A Pending JPS6220248A (ja) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | 非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6220248A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06220515A (ja) * | 1993-01-28 | 1994-08-09 | Nippon Steel Corp | 転炉排ガス組成監視による危険回避方法 |
| US6054677A (en) * | 1996-12-24 | 2000-04-25 | Minolta Co., Ltd. | Heating device and heating rotary member |
-
1985
- 1985-07-18 JP JP60159724A patent/JPS6220248A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06220515A (ja) * | 1993-01-28 | 1994-08-09 | Nippon Steel Corp | 転炉排ガス組成監視による危険回避方法 |
| US6054677A (en) * | 1996-12-24 | 2000-04-25 | Minolta Co., Ltd. | Heating device and heating rotary member |
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