JPH02234365A - リチウム電池 - Google Patents
リチウム電池Info
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- JPH02234365A JPH02234365A JP1055447A JP5544789A JPH02234365A JP H02234365 A JPH02234365 A JP H02234365A JP 1055447 A JP1055447 A JP 1055447A JP 5544789 A JP5544789 A JP 5544789A JP H02234365 A JPH02234365 A JP H02234365A
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- 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
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
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- 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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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、リチウム電池に関するものである．従来の技
術 リチウム電池は、負極には通常、金属リチウムまたはリ
チウムアルミニウム合金等のリチウム合金が用いられ、
正極にはリチウムがインターカレートする物質が用いら
れ、電解液には有機電解液，溶融塩電解液あるいは固体
電解質等の非水電解液が用いられている． リチウム電池は、水溶液系の電池に比べて、放ｔｔ圧が
高いこと、エネルギー密度が高いこと等の優れた特徴を
有している．しかし、負極に用いられている金属リチウ
ムやリチウム合金が空気中の水分ときわめて容易に反応
するので、水溶液糸の電池に比べてその製造における取
扱いが煩雑である。すなわち、通常の室内で負極を取扱
うと、空気中の水分と反応して電池性能の著しい低下を
招くばかりか、反応熱が原因となって火災を引き起こす
恐れがある．このような火災の危険性は、可燃性の電解
液である有ｎ電解液を用いた電池の場合に特に大きい． したがって、従来のリチウム電池の製造は、品質の低下
や火災の危険性を考慮して、乾燥雰囲気の中で行なう必
要があった．この場合、乾燥雰囲気とは、露点が少なく
とも−４０℃以下に保たれた状態をいう．この様な乾燥
状態を実現するためには、モノキュラーシーブや塩化リ
チウムの中を通って空気を循環させるような循環精製装
置を供えた適度な気密性を有する部屋、いわゆるドライ
ルームが必要である． 発明が解決しようとする課題 従来のリチウム電池の製造においては、金属リチウムや
リチウム合金に起因する火災の発生という安全上の間趙
点、また、ドライルームを建設しこれを運転する費用を
必要とするコスト上の問題点、さらに長時間ドライルー
ム内で人間が作業した場合の人体への悪影響という健康
上の問題があった． 課題を解決するための手段 本発明ではリチウム電池において、充放電反応がリチウ
ムの吸蔵・放出過程である活物質を正極に用い、アルミ
ニウムを負極に用いることにより、上述の問題点を解決
する。
術 リチウム電池は、負極には通常、金属リチウムまたはリ
チウムアルミニウム合金等のリチウム合金が用いられ、
正極にはリチウムがインターカレートする物質が用いら
れ、電解液には有機電解液，溶融塩電解液あるいは固体
電解質等の非水電解液が用いられている． リチウム電池は、水溶液系の電池に比べて、放ｔｔ圧が
高いこと、エネルギー密度が高いこと等の優れた特徴を
有している．しかし、負極に用いられている金属リチウ
ムやリチウム合金が空気中の水分ときわめて容易に反応
するので、水溶液糸の電池に比べてその製造における取
扱いが煩雑である。すなわち、通常の室内で負極を取扱
うと、空気中の水分と反応して電池性能の著しい低下を
招くばかりか、反応熱が原因となって火災を引き起こす
恐れがある．このような火災の危険性は、可燃性の電解
液である有ｎ電解液を用いた電池の場合に特に大きい． したがって、従来のリチウム電池の製造は、品質の低下
や火災の危険性を考慮して、乾燥雰囲気の中で行なう必
要があった．この場合、乾燥雰囲気とは、露点が少なく
とも−４０℃以下に保たれた状態をいう．この様な乾燥
状態を実現するためには、モノキュラーシーブや塩化リ
チウムの中を通って空気を循環させるような循環精製装
置を供えた適度な気密性を有する部屋、いわゆるドライ
ルームが必要である． 発明が解決しようとする課題 従来のリチウム電池の製造においては、金属リチウムや
リチウム合金に起因する火災の発生という安全上の間趙
点、また、ドライルームを建設しこれを運転する費用を
必要とするコスト上の問題点、さらに長時間ドライルー
ム内で人間が作業した場合の人体への悪影響という健康
上の問題があった． 課題を解決するための手段 本発明ではリチウム電池において、充放電反応がリチウ
ムの吸蔵・放出過程である活物質を正極に用い、アルミ
ニウムを負極に用いることにより、上述の問題点を解決
する。
作用
従来のリチウム電池の製逍における品質上，コスト上，
安全上等の問題点は、通常の空気中では取扱うことがで
きない金属リチウムまたはリチウム合金を負極として用
いていることに起因している。
安全上等の問題点は、通常の空気中では取扱うことがで
きない金属リチウムまたはリチウム合金を負極として用
いていることに起因している。
本発明では、これらの金属に変えて、アルミニウムを負
極に用いて電池を組立て゛る。アルミニウムは、その表
面に薄い酸化被膜を生成した後は安定なので通常の室内
で取扱うことができる．また、アルミニウムはリチウム
を吸蔵・放出できるという特徴を有している．さらに本
発明では正極活物質として、充放電反応がリチウムの吸
蔵・放出であるものを用いるが、組み立て時にはこの活
物質を、リチウムを吸蔵した状態、すなわち放電状態で
用いる． 本発明の電池を充電ずると、正極に吸蔵されていたリチ
ウムが放出されると共に、負極のアルミニウムにリチウ
ムが吸蔵されてリチウムアルミニウム合金を形成する．
すなわち、アルミニウム負極は、最初の充電によってリ
チウムアルミニウム合金に転換される．そして、その後
の充放電サイクルにおいては、負極に金属リチウムやリ
チウム合金を用いて、正極に充電状態の活物質を用いて
、乾燥雰囲気中で組立てた従来のリチウム電池と同等の
特性が得られる。
極に用いて電池を組立て゛る。アルミニウムは、その表
面に薄い酸化被膜を生成した後は安定なので通常の室内
で取扱うことができる．また、アルミニウムはリチウム
を吸蔵・放出できるという特徴を有している．さらに本
発明では正極活物質として、充放電反応がリチウムの吸
蔵・放出であるものを用いるが、組み立て時にはこの活
物質を、リチウムを吸蔵した状態、すなわち放電状態で
用いる． 本発明の電池を充電ずると、正極に吸蔵されていたリチ
ウムが放出されると共に、負極のアルミニウムにリチウ
ムが吸蔵されてリチウムアルミニウム合金を形成する．
すなわち、アルミニウム負極は、最初の充電によってリ
チウムアルミニウム合金に転換される．そして、その後
の充放電サイクルにおいては、負極に金属リチウムやリ
チウム合金を用いて、正極に充電状態の活物質を用いて
、乾燥雰囲気中で組立てた従来のリチウム電池と同等の
特性が得られる。
実施例
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する．まず、
負極板の製法を述べる．直径が１５１１で厚さが０．
２ｎｌのアルミニウム円板を２０１６形リチウムボタン
電池の負極ケースにスポット溶接して負極板とした。金
属リチウムやリチウムアルミニウム合金を負極に用いた
従来の電池は、負極の溶融・燃焼をまねくので、負極を
ケースにスポット溶接することができなかった。つまり
本発明のリチウム電池は、従来のリチウム電池と比較し
て製造が容易であるだけでなく、電極とケースとの電子
電導性が良好であるという点で６１＊れている．次に、
正極の製造方法について述べる．炭酸リチウムと炭酸コ
バルトとの混合物をペレット状に成形して９００℃で２
０時間熱分解した後、ベレットを再度粉砕しな．そして
、グラファイトを１０ｗｔ％混合添加した後ｏ．ｏａｇ
を秤量して金型に投入して直径が１５ｎｎで厚さが０．
６１ｉのペレット状に成形した．このペレットを１００
メッシュのアルミニウム金網で包んで正極板とした。熱
分解により合成された正極活物質は、充放電反応がリチ
ウムの吸蔵・放出過程であって化学式がＬｉ． Ｃｏｄ
． （ ０ ＜ ｘ≦１）で示されるような物質である
．この物質はリチウムを吸蔵した状態では、比較的安定
しているので通常の空気中で取汲うことができる。
負極板の製法を述べる．直径が１５１１で厚さが０．
２ｎｌのアルミニウム円板を２０１６形リチウムボタン
電池の負極ケースにスポット溶接して負極板とした。金
属リチウムやリチウムアルミニウム合金を負極に用いた
従来の電池は、負極の溶融・燃焼をまねくので、負極を
ケースにスポット溶接することができなかった。つまり
本発明のリチウム電池は、従来のリチウム電池と比較し
て製造が容易であるだけでなく、電極とケースとの電子
電導性が良好であるという点で６１＊れている．次に、
正極の製造方法について述べる．炭酸リチウムと炭酸コ
バルトとの混合物をペレット状に成形して９００℃で２
０時間熱分解した後、ベレットを再度粉砕しな．そして
、グラファイトを１０ｗｔ％混合添加した後ｏ．ｏａｇ
を秤量して金型に投入して直径が１５ｎｎで厚さが０．
６１ｉのペレット状に成形した．このペレットを１００
メッシュのアルミニウム金網で包んで正極板とした。熱
分解により合成された正極活物質は、充放電反応がリチ
ウムの吸蔵・放出過程であって化学式がＬｉ． Ｃｏｄ
． （ ０ ＜ ｘ≦１）で示されるような物質である
．この物質はリチウムを吸蔵した状態では、比較的安定
しているので通常の空気中で取汲うことができる。
ここまでの作業は、通常の室内で行なったが、これ以降
の作業は水分を嫌う有機電解液を取扱うために、従来の
リチウム電池と同様にドライルーム内で行なった。なお
、負極および正極板は、ドライルームに持ち込む前に１
２０℃で２０時間の真空乾燥を行なった。
の作業は水分を嫌う有機電解液を取扱うために、従来の
リチウム電池と同様にドライルーム内で行なった。なお
、負極および正極板は、ドライルームに持ち込む前に１
２０℃で２０時間の真空乾燥を行なった。
正極板を２０１６形リチウム電池の正極ケースの中央に
セットして、その上に直径が１６１’ｌｌｌで厚さが０
．３１ｍのポリエチレン製の微孔セパレーターをセット
した．そして、１８ ＬＩＣＩ０４ ＰＣ／ＤＨＥｔ
解液を３０μ１注液した後に負極ケース（前述のように
、アルミニウム負極板をスポット溶接したもの）をセッ
トして封ロした．こうして得られた電池を本発明のリチ
ウム電池Ａとする． 次に電池Ａと同様にアルミニウム負極板を負極ケースに
スポット溶接する工程を通常の室内で行なった電池であ
って、正極活物質として［ｉえＨｎＯ．（０くｘ≦１）
を用いた以外は電池Ａと同様な電池を本発明の電池Ｂと
する．また、同じく正極活物質としてＬｉ． ＴｉＳｚ
（ ０ ＜ ｘ≦１）を用いた電池を本発明の電池Ｃ
とする．．さらに正極活物質としてＬｉ． Ｖユ０５（
０＜ｘ≦１）を用いた電池を本発明の電池Ｄとする．電
池Ｂ，ＣおよびＤに用いた正極活物質は、吸湿性がきわ
めて強いので、通常の室内で取扱うことができなかった
．このため、電池Ａに比較して、ドライルーム内での作
業の割合が増加したが、従来のリチウム電池に比べれば
、負極を通常の室内で取扱えるので作業性や安全性等が
より優れている。
セットして、その上に直径が１６１’ｌｌｌで厚さが０
．３１ｍのポリエチレン製の微孔セパレーターをセット
した．そして、１８ ＬＩＣＩ０４ ＰＣ／ＤＨＥｔ
解液を３０μ１注液した後に負極ケース（前述のように
、アルミニウム負極板をスポット溶接したもの）をセッ
トして封ロした．こうして得られた電池を本発明のリチ
ウム電池Ａとする． 次に電池Ａと同様にアルミニウム負極板を負極ケースに
スポット溶接する工程を通常の室内で行なった電池であ
って、正極活物質として［ｉえＨｎＯ．（０くｘ≦１）
を用いた以外は電池Ａと同様な電池を本発明の電池Ｂと
する．また、同じく正極活物質としてＬｉ． ＴｉＳｚ
（ ０ ＜ ｘ≦１）を用いた電池を本発明の電池Ｃ
とする．．さらに正極活物質としてＬｉ． Ｖユ０５（
０＜ｘ≦１）を用いた電池を本発明の電池Ｄとする．電
池Ｂ，ＣおよびＤに用いた正極活物質は、吸湿性がきわ
めて強いので、通常の室内で取扱うことができなかった
．このため、電池Ａに比較して、ドライルーム内での作
業の割合が増加したが、従来のリチウム電池に比べれば
、負極を通常の室内で取扱えるので作業性や安全性等が
より優れている。
次に、電池Ａと同様に正極活物質にＬｉｉ ＣＱＯ２を
用いて、後述の多孔性のアルミニウム電極を負極に用い
た電池を本発明の電池Ｅとする．金属リチウムやリチウ
ム合金を負極に用いた従来のリチウム電池では、金属粉
末を出発材料として多孔性の負極板を得ることが非常に
困難であった。それは、金属リチウムやリチウム合金が
水と激しく反応するので、これらの金属粉末を乾燥状態
で取扱わねばならず、火災や爆発等の危険性が極めて大
きかったことに起因している．しかし本発明の電池では
、アルミニウム粉末を用いて、下記に示す安全な湿式法
により多孔性電極を得ることができた。すなわち、１８
０〜３２０メッシュのアルミニウム粉末１００重量部に
、精製水４０重量部およびポリエチレン系接着剤の固形
分５重量部を添加して混合しペースト状にした。このペ
ーストを厚さが０．２５ｎｉのニッケルエキスバンドネ
ットに均一に塗布して乾燥させた後、軽くプレスして円
板状に打ち抜いた。この結果、直径が１ ５１′ｏｎ
，厚さが０． ２ｍｍで多孔度が３０％の多孔性アルミ
ニウム電極が得られた．この多孔性アルミニウム電極の
一部分を加圧して平坦面を形成して、その平坦面を負極
ケースにスポット溶接した。このような多孔性アルミニ
ウム負極板を用いると、後述するように、電極の作用面
積の増加に伴う平均電流密度の低下によって、有機電解
液電池の欠点であった大電流密度の放電を行なった場合
の放電電圧の低下が抑制される。
用いて、後述の多孔性のアルミニウム電極を負極に用い
た電池を本発明の電池Ｅとする．金属リチウムやリチウ
ム合金を負極に用いた従来のリチウム電池では、金属粉
末を出発材料として多孔性の負極板を得ることが非常に
困難であった。それは、金属リチウムやリチウム合金が
水と激しく反応するので、これらの金属粉末を乾燥状態
で取扱わねばならず、火災や爆発等の危険性が極めて大
きかったことに起因している．しかし本発明の電池では
、アルミニウム粉末を用いて、下記に示す安全な湿式法
により多孔性電極を得ることができた。すなわち、１８
０〜３２０メッシュのアルミニウム粉末１００重量部に
、精製水４０重量部およびポリエチレン系接着剤の固形
分５重量部を添加して混合しペースト状にした。このペ
ーストを厚さが０．２５ｎｉのニッケルエキスバンドネ
ットに均一に塗布して乾燥させた後、軽くプレスして円
板状に打ち抜いた。この結果、直径が１ ５１′ｏｎ
，厚さが０． ２ｍｍで多孔度が３０％の多孔性アルミ
ニウム電極が得られた．この多孔性アルミニウム電極の
一部分を加圧して平坦面を形成して、その平坦面を負極
ケースにスポット溶接した。このような多孔性アルミニ
ウム負極板を用いると、後述するように、電極の作用面
積の増加に伴う平均電流密度の低下によって、有機電解
液電池の欠点であった大電流密度の放電を行なった場合
の放電電圧の低下が抑制される。
以上の本発明の電池Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは、負極板
を負極ケースにスポット溶接する工程を通常の室内で行
なったが、この間に負極板が室内に放置されていた時間
は１〜４時間であった．次に比較のために、従来のリチ
ウム電池の負極板を本発明と同様に室内に放置した後組
立てた。
を負極ケースにスポット溶接する工程を通常の室内で行
なったが、この間に負極板が室内に放置されていた時間
は１〜４時間であった．次に比較のために、従来のリチ
ウム電池の負極板を本発明と同様に室内に放置した後組
立てた。
すなわち、厚さが０．２ｎｌで直径が１５ｌＩの金属リ
チウム負極板を通常の室内に３０分間放置した後ドライ
ルームに持ち込み、二酸化マンガンを正極として、電池
Ａと同様のセパレーター，電解液を用いた比較のための
電池Ｆを製作した。
チウム負極板を通常の室内に３０分間放置した後ドライ
ルームに持ち込み、二酸化マンガンを正極として、電池
Ａと同様のセパレーター，電解液を用いた比較のための
電池Ｆを製作した。
これらの電池Ａ〜Ｆを２０℃， １ｎＡ／一で放電して
電圧特性を比較した。その結果を第１図に示す。
電圧特性を比較した。その結果を第１図に示す。
なお、本発明による電池Ａ−′−Ｅは、それぞれ２０℃
で次に示す充電を行った後に放電した．ＡおよびＥは１
ｌ＾／ａａで充電電圧が４．３ｖに至るまで充電した．
また、Ｂ！，ｔ３．５Ｖまで、Ｃは２．８ｖまで、Ｄｉ
，ｔ３．５Ｖまでそれぞれ１ １Ａ／一で充電した． 同図より電池Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは、いずれも水溶
液系の電池では得られないような高い放電電圧を示した
が、電池Ｆは放電容量がほとんど得られなかった。この
ことから本発明のリチウム電池は、少なくとも負極板の
取汲いを通常の室内で行なうことができるが、従来のリ
チウム電池では不可能であることがわかる。また、電池
Ａと電池Ｅを比較すると、電池Ｅの放電電圧が高かった
。
で次に示す充電を行った後に放電した．ＡおよびＥは１
ｌ＾／ａａで充電電圧が４．３ｖに至るまで充電した．
また、Ｂ！，ｔ３．５Ｖまで、Ｃは２．８ｖまで、Ｄｉ
，ｔ３．５Ｖまでそれぞれ１ １Ａ／一で充電した． 同図より電池Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは、いずれも水溶
液系の電池では得られないような高い放電電圧を示した
が、電池Ｆは放電容量がほとんど得られなかった。この
ことから本発明のリチウム電池は、少なくとも負極板の
取汲いを通常の室内で行なうことができるが、従来のリ
チウム電池では不可能であることがわかる。また、電池
Ａと電池Ｅを比較すると、電池Ｅの放電電圧が高かった
。
これは負極板に多孔性電極を用いたことに起因するもの
である。
である。
発明の効果
以上述べたように本発明によって、製造が容易安全であ
り、しかも ■負極板を電池ケースにスポット溶接することが可能で
あるため、従来の接触のみによる場合に比較して負極板
とケース間の電子電導性が優れている。
り、しかも ■負極板を電池ケースにスポット溶接することが可能で
あるため、従来の接触のみによる場合に比較して負極板
とケース間の電子電導性が優れている。
■負極板を多孔性電極にすることが可能であるため、大
電流で放電した場合の放電電圧の低下が少ない． 等の優れた特徴を有したリチウム電池を提供することが
できる。
電流で放電した場合の放電電圧の低下が少ない． 等の優れた特徴を有したリチウム電池を提供することが
できる。
第１図は、
本発明のリチウム電池と従来のリチ
ウム電池の放電電圧特性を比較した図である．身
固
電泄必族重犯工野性
＃位オ問
／
ｈｒ
Claims (1)
- 充放電反応がリチウムの吸蔵・放出過程である活物質
を正極に用い、アルミニウムを負極に用いたことを特徴
とするリチウム電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1055447A JPH02234365A (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | リチウム電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1055447A JPH02234365A (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | リチウム電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02234365A true JPH02234365A (ja) | 1990-09-17 |
Family
ID=12998853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1055447A Pending JPH02234365A (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | リチウム電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02234365A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63261674A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JPS63285865A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JPH02114465A (ja) * | 1988-10-21 | 1990-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウム二次電池 |
-
1989
- 1989-03-08 JP JP1055447A patent/JPH02234365A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63261674A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JPS63285865A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JPH02114465A (ja) * | 1988-10-21 | 1990-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウム二次電池 |
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