JPH0265056A - 非水系二次電池 - Google Patents

非水系二次電池

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JPH0265056A
JPH0265056A JP63216168A JP21616888A JPH0265056A JP H0265056 A JPH0265056 A JP H0265056A JP 63216168 A JP63216168 A JP 63216168A JP 21616888 A JP21616888 A JP 21616888A JP H0265056 A JPH0265056 A JP H0265056A
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JP
Japan
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alloy
negative electrode
battery
microns
particles
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Pending
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JP63216168A
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English (en)
Inventor
Michiko Igawa
井川 享子
Shigeoki Nishimura
西村 成興
Mamoru Mizumoto
水本 守
Hiroshi Hida
飛田 紘
Noboru Ebato
江波戸 昇
Masaru Nanba
勝 難波
Seiji Takeuchi
瀞士 武内
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Hitachi Ltd
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/40Alloys based on alkali metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非水電解液を使用した二次電池に係り、特に
Li(リチウム)を含む合金で負極活物質を形成した高
エネルギー密度の非水系二次電池に関する。
〔従来の技術〕
従来の非水系二次電池においては、Liを負極活物質と
し、非水電解液を用いており、このタイプの二次電池は
高密度電池として注目されている。
このような電池は、一般に、負極活物質として金@Li
、正極活物質として各種の眉間化合物や導電性高分子な
ど、さらに電解液としてLi塩を安定な有機溶媒に溶か
した溶液を用いる。しかし、負極として金属Liをその
まま用いた場合、充放電を繰り返すうちにLiがデンド
ライト状に析出し、電池の短絡を引き起こすことや、電
流効率が悪いことなどが挙げられる。そこで、これらを
避けるための方法が種々検討されている。その−っとし
て、金属Liを単体で用いる代わりに、Liを他の金属
、例えばA1などとの合金として用いることが有効であ
ることが知られている(特公昭49−12044号公報
参照)、Li合金電極は、充電時Liが析出する際に、
金属Liとして析出するのではなく、母材の金属との合
金として析出する。そのため、Li単体として析出する
よりも電気化学的に安定となり、デンドライト状の析出
が抑制され、電流効率が向上する。このような合金とし
ては、L 1−Mg+ L i−A I 、 L i−
8i 。
Li−Ga、Li−Ge、Li−In、Li−Ag。
L i−S n 、 L i−3b 、 L i−B 
i 、 L i−P bなどが挙げられる。しかし、こ
れらの合金電極を用いた場合の問題点は、充放電時にお
ける電極の膨潤、収縮による崩壊、および、それに伴う
電池の容量低下であった。こうした合金電極の劣化はい
ずれの合金でも起り得るが、L i−P bなどの合金
は、比較的、充放電サイクル寿命が長いことが知られて
いる(特公昭54−141869号公報参照)。また、
これらの合金にさらに第三成分の金属、例えばM g 
r Ca * G a HI n r S x +Ge
、Snなどを少量添加することにより、電極の充放電特
性が一層改善されることも知られている(特公昭61−
66370号公報参照)。しかし、これらの合金系にお
いても、二次電池の負極として要求される寿命に対し充
分とはいえない。
二次電池の電極では、数百回の充放電サイクルの繰り返
しに対して安定であることが必要である。
前述のような負極電極の崩壊は、電極の体積変化が起こ
る以上必然的なものであるが、崩壊をある程度抑制する
必要がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の非水系二次電池にあっては、負極が充放電サイク
ルの繰り返しに対して安定を欠き、崩壊して短寿命であ
る問題点があった。
本発明の目的は、Li系合金の崩壊を抑制し、負極の長
寿命化、ひいては、電池の長寿命化を図った非水系二次
電池を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記の目的を達成するため、本発明に係る非水系二次電
池は、正極とLi合金の負極との組合せと、負極と正極
との間を絶縁するセパレータと、非水電解液とからなる
非水系二次電池において、Li系合金よりなる粒径が7
0〜150ミクロンの粒子に、Li系合金よりなる粒径
が10〜70ミクロンの微粒子を、微粒子に対する粒子
の体積比率が20〜80%の割合で混合し、その混合体
で負極を形成するように構成されており、負極はL i
−P b系合金で形成されるものとする。
〔作用〕
本発明によれば、非水系二次電池の負極を特定の粒径分
布をもつLi系合金粉末の成形体で形成したことにより
、Li合金の強度が向上し、放電でリチウムが抜けた状
態でも、負極は安定して成形時の形状を保持し続ける。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図および第2図を参照しながら
説明する。
第1図に示されるように、正極3とLi系合金の負極1
との組合せと、負極1と正極3との間を絶縁するセパレ
ータ2と、非水電解液とからなる非水系二次電池におい
て、Li系合金よりなる粒径が70〜150ミクロンの
粒子と、Li系合金よりなる粒径が10〜70ミクロン
の微粒子を、微粒子に対する粒子の体積比率が20〜8
0%の割合で混合し、その混合体で負極1を形成する構
成であり、負極はL i−P b系合金で形成されるも
のとする。
本発明の効果を確認するために、種々のLi合金電極に
ついて、充放電サイクルを繰り返し、活性の低下したの
ちの電極を調べたが、いずれのLi合金を用いた場合で
も、負極電極の化学的な変化は小さかった。活性の低下
は、電極が膨潤し集電体から浮き上がったために電気的
接触を失ったこと、または、電極が体積の膨潤、収縮を
繰り返すうちに崩壊して微粒子化し、電解液中に分散し
てしまったことの二つが主原因であることがわがった。
いずれの原因に対しても、合金粒子間の強固な密着性が
必要である。しかし、粒子間に適度な空隙がなければ電
解液が内部に浸透しないために、ごく表面の活性種しか
電極として鋤かないことになり、容量低下や短寿命を引
き起こす。また、Li金属箔などを用いると、デンドラ
イトを生じて電池の短絡を起こしやすい。そこで1合金
の粒径を規定して、粒子間の密着性に優れ、かつ電極中
のLiの拡散が容易であるような最適粒径を検討した。
その結果、粒径が70から150ミクロンの大きさの粒
子と、10から70ミクロンの大きさの微粒子との混合
体で成形され、かつ、後者(微粒子)に対する前者(粒
子)の体積比率が、20から80パーセントの範囲にあ
るものが好ましいことがわかった。粒径が150ミクロ
ンより大きい粒子を用いた場合は、成形性が悪く、強度
の点で著しく劣ることがわかった。10ミクロンより小
さい微粒子を用いた場合は、微粒子であるために成形し
難いこと、また、できた成形体は非常に脆いため 8t
on/aJ以上の成形圧が必要であることがわかった。
また、粒径の大きいものと、小さいものとを、それぞれ
、単独に用いて成形した場合は、これらを混合して成形
した場合に比べて、成形性、強度とも劣ることがわかっ
た。
モして粒径の大きいものが小さいものに対して20体積
パーセントより少ない場合は、電池の寿命が著しく短い
ことがわかった。粒径の大きいものが小さいものに対し
て80体積パーセントより多い場合は、成形性、強度の
両点で著しく劣ることがわかった。
次に本実施例及び比較例について説明する。
実施例I Li、Pbを原子比で4=1の割合で秤量して鉄製るつ
ぼに入れ、Arガス雰囲気下で800℃で加熱して溶融
後、焼鈍してLi−Pb合金を調整した。その合金を乳
鉢に入れて粉砕し、粒径が70〜150ミクロンの粒子
と、10〜70ミクロンの微粒子との2種類に分け、後
者(微粒子)に対する前者(粒子)の体積比率を20パ
ーセントとして混合した。この混合物をプレスにより2
ton/ cAの圧力を加えて、厚さ0 、4 an、
外径15ntnφのディスク状に成形した。そしてこの
ディスク状合金を負極とし、ポリアニリンを正極とする
第1図に示されるようなコイン型の電池を組み立てた。
本電池はディスク状合金製の負極1と、ポリプロピレン
製不織布のセパレータ2と、ポリアニリンをディスク状
に成形した正極3と、セパレータ2に含浸したL x 
P F bのプロピレンカーボネート、エチレンカーボ
ネートおよび1,2−ジメトキシエタン溶液と、これら
を密閉する負極側ケース4、ガスケント5および正極側
ケース6とからなるように構成されている。前記の電池
に電流1mAで4vまで充電し、同じく電流1mAで1
゜5■まで放電する操作を繰り返した結果、電池の放電
容量は、第2図に示されるAのように推移し、容量が3
 mAh以下に低下するまでに、1000サイクルの充
放電が可能であった。
実施例2 実施例1と同様の方法で、70〜150ミクロンの粒径
のLi−Pb合金および、10〜70ミクロンの微粒径
のLi−Pb合金を後者に対する前者の体積比率を80
パーセントとして混合しディスク状に成形した。そして
このディスク状合金を負極とする実施例1と同様の構成
のコイン型電池を作製した。この電池に1mAで4vま
で充電し、同じく電流1mAで1.5Vまで放電する操
作を繰り返した結果、電池の放電容量は、第2図に示さ
れるBのように推移し、容量が3 mAh以下に低下す
るまでのサイクル数は、800サイクルであった。
実施例3 Li、AIを原子比で1:1の割合で秤量して鉄製るつ
ぼに入れ、Arガス雰囲気下で800°Cで加熱して溶
融後、焼鈍してLi−A1合金を調整した。その合金を
乳鉢に入れて粉砕し、粒径が70〜150ミクロンの粒
子と、10〜70ミクロンの微粒子との2種類に分け、
後者に対する前者の体積比率を50パーセントとして混
合し、ディスク状に成形した。そしてこのディスク状合
金を負極とする実施例1と同様の構成のコイン型電池を
作製した。この電池に1mAで4vまで充電し、同じく
電流1mAで1.5vまで放電する操作を繰り返した結
果、電池の放電容量は、第2図に示されるCのように推
移し、容量が3mAh以下に低下するまでのサイクル数
は、80oサイクルの充放電が可能であった。
比較例1 実施例1と同様の方法で、200〜150ミクロンの粒
径のLi−Pb合金および、10〜70ミクロンの微粒
径のLi−Pb合金を後者に対する前者の体積比率を5
0パーセントとして混合してディスク状に成形した。そ
してこのディスク状合金を負極とする実施例1と同様の
構成のコイン型電池を作製した。この電池に1mAで4
vまで充電し、同じく電流1.+++Aで1.5Vまで
放電する操作を繰り返した結果、電池の放電容量は、第
2図に示されるDのように800サイクルで急激に低下
した。解体した結果、負極合金が集電体から浮き上がっ
ていることがわかった。
比較例2 実施例1と同様の方法で、70〜150ミクロンの粒径
のL]、−Pb合金および、1〜10ミクロンの粒径の
Li−Pb合金を後行に対する前者の体積比率を50パ
ーセントとして混合してディスク状に成形した。そして
このディスク状合金を負極とする実施例1と同様の構成
のコイン型電池を作製した。この電池に1mAで4vま
で充電し、同じく電流1mAで1.5vまで放電する操
作を繰り返した結果、電池の放電容量は、第2図に示さ
れるEのように推移し、容量が3mAh以下に低下する
までのサイクル数は、200サイクルにすぎなかった。
解体して調べた結果、微粒子が電解液中に溶は出してい
た。
比較例3 実施例1と同様の方法で、70〜150ミクロンの粒径
のLi−Pb合金および、10〜70ミクロンの粒径の
L i−P b合金を後者に対する前者の体積比率を9
0パーセントとして混合してディスク状に成形した。そ
してこのディスク状合金を負極とする実施例1と同様の
構成のコイン型電池を作製した。この電池で、1mAで
4Vまで充電し、同じく電流LmAで1.5vまで放電
する操作を繰り返したところ、電池の放電容量が3 m
Ah以下に低下するまでのサイクル数は、60サイクル
にすぎなかった。
比較例4 実施例1と同様の方法で、70〜150ミクロンの粒径
のL i−P b合金および、10〜70ミクロンの粒
径のL i−P b合金を後者に対する前者の体積比率
を10パーセントとして混合してディスク状に成形した
。そしてこのディスク状合金を負極とする実施例1と同
様の構成のコイン型電池を作製した。この電池で1mA
で4vまで充電し、同じく電流1mAで1.5vまで放
電する操作を繰り返した結果、電池の放電容量が3 m
Ah以下に低下するまでのサイクル数は30サイクルに
すぎなかった。
比較例5 実施例1と同様の方法で、10〜70ミクロンの粒径の
L i−P b合金および、70〜150ミクロンの粒
径のL i−P b合金を単独それぞれディスク状に成
形した。しかし、これらは成形体に反りや歪みが生じて
成形が難しく、また、割れが入って電極として使えない
ものもあった。成形圧を8ton/aJに上げて成形し
、これらの合金を負極とする実施例1と同様の構成のコ
イン型電池を作製した。これらの電池に1mAで4vま
で充電し、同じく電流1mAで1.5vまで放電する操
作を繰り返した結果、電池の放電容量が3 mAh以下
に低下するまでのサイクル数は、100サイクル、およ
び、300サイクルにすぎなかった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、非水系二次電池の負極を合金粒子の粒
径が70〜100ミクロンの粒子に対して10〜70ミ
クロンの微粒子を体積比率で20〜80%混合した混合
体で形成することによって、充放電を繰り返した場合の
寿命の長い負極を容易に得ることができ、さらに、これ
を負極に用いることにより長寿命の非水系二次電池を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す断面図、第2図は本発明
の実施例1,2.3および比較例1,2を説明する放電
容量の充放電サイクル数に対する変化を示すグラフであ
る。 1・・・負極、2・・・セパレータ、 3・・・正極、4・・・負極ケース、 A・・・実施例1の電池の放電容量変化、B・・・実施
例2の電池の放電容量変化、C・・・実施例3の電池の
放電容量変化。 D・・・比較例1の電池の放電容量変化、E ・比較例
2の電池の放電容量変化。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、正極とLi系合金の負極との組合せと、該負極と前
    記正極との間を絶縁するセパレータと、非水電解液とか
    らなる非水系二次電池において、前記Li系合金よりな
    る粒径が70〜150ミクロンの粒子と、前記Li系合
    金よりなる粒径が10〜70ミクロンの微粒子を、該微
    粒子に対する前記粒子の体積比率が20〜80パーセン
    トの割合で混合し、その混合体で前記負極を形成したこ
    とを特徴とする非水系二次電池。 2、負極はLi−Pb系合金で形成されたことを特徴と
    する請求項1記載の非水系二次電池。
JP63216168A 1988-08-30 1988-08-30 非水系二次電池 Pending JPH0265056A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0442410U (ja) * 1990-08-13 1992-04-10
US6008563A (en) * 1997-10-29 1999-12-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Reluctance motor and compressor-driving reluctance motor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0442410U (ja) * 1990-08-13 1992-04-10
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