JPH0352187B2 - - Google Patents
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- JPH0352187B2 JPH0352187B2 JP57170802A JP17080282A JPH0352187B2 JP H0352187 B2 JPH0352187 B2 JP H0352187B2 JP 57170802 A JP57170802 A JP 57170802A JP 17080282 A JP17080282 A JP 17080282A JP H0352187 B2 JPH0352187 B2 JP H0352187B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- mol
- cathode
- anode
- battery according
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- H—ELECTRICITY
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高い比エネルギーを有する改良された
電池及びバツテリー（cells and batteries）並び
にその製造法に関する。電池の単位質量当りのエ
ネルギーを増加させるため、即ち電池の単位質量
当り（及び単位容積当り）のエネルギー密度を増
加させるため、研究や努力がなされた結果、アル
カリ金属特にリチウムがアノードとして使用され
るに至つた。その様な例として次の対をあげるこ
とができる。
電池及びバツテリー（cells and batteries）並び
にその製造法に関する。電池の単位質量当りのエ
ネルギーを増加させるため、即ち電池の単位質量
当り（及び単位容積当り）のエネルギー密度を増
加させるため、研究や努力がなされた結果、アル
カリ金属特にリチウムがアノードとして使用され
るに至つた。その様な例として次の対をあげるこ
とができる。
CuS−Li AgCl−Li
CuCl−Li Ag2CrO4−Li
Ag2S−Li その他…
これらの異なつた対は、単位容積当りの良好な
エネルギーを有しており、それゆえ小型電池の製
造に特に有利である。LiAl−FeSの様な他の対
は、非常に高い温度においてのみ可能であり、高
温下での反復使用期間（cycling terms）は制限
される。固体電解質の導入によつて、電池の封止
（sealing of the elements）の不足又はアノード
の熱力学的不安定性の様な（水性又は有機）溶媒
に関しての従来電池の欠点は改善され得る。良好
な固体電解質は、最大のイオン伝導度と最小の電
子伝導度とを有していなければならない。現在の
ところ全ての研究は、これらの２つのしばしば相
反するパラメーターの最適化を目的として行われ
ている。
エネルギーを有しており、それゆえ小型電池の製
造に特に有利である。LiAl−FeSの様な他の対
は、非常に高い温度においてのみ可能であり、高
温下での反復使用期間（cycling terms）は制限
される。固体電解質の導入によつて、電池の封止
（sealing of the elements）の不足又はアノード
の熱力学的不安定性の様な（水性又は有機）溶媒
に関しての従来電池の欠点は改善され得る。良好
な固体電解質は、最大のイオン伝導度と最小の電
子伝導度とを有していなければならない。現在の
ところ全ての研究は、これらの２つのしばしば相
反するパラメーターの最適化を目的として行われ
ている。
更に、リチウム化合物に基づくいくつかの固体
電解質（特に、仏国特許8010531号参照）の市場
への導入は、電池の内部温度を低下させることを
可能にし、この温度低下が新しいリチウム合金を
アノードとして使用することを可能にした。現
在、固体電解質とリチウルアノードを有するいく
つかの電池が使用されている。しかし、一般的に
は、このような電池は高いエネルギー密度を有す
るが、一方では電流流量の点からしばしば制限を
受ける。
電解質（特に、仏国特許8010531号参照）の市場
への導入は、電池の内部温度を低下させることを
可能にし、この温度低下が新しいリチウム合金を
アノードとして使用することを可能にした。現
在、固体電解質とリチウルアノードを有するいく
つかの電池が使用されている。しかし、一般的に
は、このような電池は高いエネルギー密度を有す
るが、一方では電流流量の点からしばしば制限を
受ける。
本発明の目的は、従来の電池やバツテリーに比
して、特に簡便且つ経済的に得られ、良好な保存
性及び高い比エネルギーを有することにより、信
頼性がある点で実際上の要求に答える新規な電池
及びバツテリーを提供することにある。
して、特に簡便且つ経済的に得られ、良好な保存
性及び高い比エネルギーを有することにより、信
頼性がある点で実際上の要求に答える新規な電池
及びバツテリーを提供することにある。
本発明は、リチウムアノードと固体電解質を有
する電池乃至バツテリーに関し、以下の点で特徴
づけられる。即ち、アノードが、70〜80モル％の
リチウムと20〜30モル％の鉛から形成されるか、
又は70〜80モル％のリチウムと20〜30モル％の鉛
及び錫から形成され、カソードが、リチウムと反
応する時にインターカレーシヨン反応
（intercalation reactions）を行ない得る遷移金
属の酸化物及び／又は硫化物から形成されてお
り、固体電解質が、可塑性物質
（plasticmaterial）中に含浸された窒化リチウム
を活性成分として含有している。
する電池乃至バツテリーに関し、以下の点で特徴
づけられる。即ち、アノードが、70〜80モル％の
リチウムと20〜30モル％の鉛から形成されるか、
又は70〜80モル％のリチウムと20〜30モル％の鉛
及び錫から形成され、カソードが、リチウムと反
応する時にインターカレーシヨン反応
（intercalation reactions）を行ない得る遷移金
属の酸化物及び／又は硫化物から形成されてお
り、固体電解質が、可塑性物質
（plasticmaterial）中に含浸された窒化リチウム
を活性成分として含有している。
本発明の特に有利な実施態様の１つによれば、
アノードは、79モル％のリチウムと21モル％の鉛
を含有するか、又は79モル％のリチウムと20％の
鉛及び錫とを含有し、密度がほぼ3.3ｇ／cm3であ
る合金から形成される。
アノードは、79モル％のリチウムと21モル％の鉛
を含有するか、又は79モル％のリチウムと20％の
鉛及び錫とを含有し、密度がほぼ3.3ｇ／cm3であ
る合金から形成される。
本発明の他の有利な実施態様の１つによれば、
カソードはTiS2、MoS3、MoO3、NiPS3、NiS2
及びFeS2からなる群より選ばれた少なくとも１
種の物質から形成される。
カソードはTiS2、MoS3、MoO3、NiPS3、NiS2
及びFeS2からなる群より選ばれた少なくとも１
種の物質から形成される。
本発明の特に有利な実施態様の１つによれば、
カソードは約80モル％のTiS2を含有するTiS2−
MoS3混合物から形成される。
カソードは約80モル％のTiS2を含有するTiS2−
MoS3混合物から形成される。
他の実施態様によれば、カソードはそれぞれ40
％及び60％のモル比であるNiS2−FeS2混合物か
ら形成される。
％及び60％のモル比であるNiS2−FeS2混合物か
ら形成される。
本発明によれば、カソードを形成する物質はそ
の重量の１〜６％のモリブデン粉末及び／又はテ
フロン（登録商標）の様なフツ素樹脂と良く混合
される。
の重量の１〜６％のモリブデン粉末及び／又はテ
フロン（登録商標）の様なフツ素樹脂と良く混合
される。
活性成分としてLi3Nを含有する固体電解質は
必要ならリチウムハライドと混合される。Li1.8
N0.4Cl0.6（又はLi1.2N0.4＋Li0.6Cl0.6）から形成され
る電解質は、200℃で測定したイオン伝導度がほ
ぼ１×10-2ohm・cm（この電解質は、マツクス−
プランク−ゲゼルシヤフトの名において出願され
た前記仏国特許801531号に記載されている）であ
り、本発明の電池及びバツテリー用として好適で
ある。
必要ならリチウムハライドと混合される。Li1.8
N0.4Cl0.6（又はLi1.2N0.4＋Li0.6Cl0.6）から形成され
る電解質は、200℃で測定したイオン伝導度がほ
ぼ１×10-2ohm・cm（この電解質は、マツクス−
プランク−ゲゼルシヤフトの名において出願され
た前記仏国特許801531号に記載されている）であ
り、本発明の電池及びバツテリー用として好適で
ある。
本発明によれば、固体電解質含浸用の可塑性物
質はポリオレフインである。
質はポリオレフインである。
他の実施態様によれば、電解質含浸用の可塑性
物質はテフロン（登録商標）の様なフツ素樹脂で
ある。
物質はテフロン（登録商標）の様なフツ素樹脂で
ある。
本発明の有利な実施態様によれば、電極を分離
する電解質の層の厚さは１〜２mmである。
する電解質の層の厚さは１〜２mmである。
本発明によれば、カソード及びアノードは集電
装置及び結合端子の支持体（support）を形成す
る金属フレームの内側を満たしている焼結物質
（sintered materials）から作られる。
装置及び結合端子の支持体（support）を形成す
る金属フレームの内側を満たしている焼結物質
（sintered materials）から作られる。
本発明の好ましい実施態様により、最も良好な
エネルギー／重量比を得るためには、本発明の電
池乃至バツテリーは４個の電池単位即ち４対の正
極及び４対の負極から形成される。
エネルギー／重量比を得るためには、本発明の電
池乃至バツテリーは４個の電池単位即ち４対の正
極及び４対の負極から形成される。
本発明は又、以下の点で特徴づけられる本発明
の電池乃至バツテリーの製造法にも関する。
の電池乃至バツテリーの製造法にも関する。
(a) 完全に平坦な接触表面を有し且つ最終的な空
〓率が30％になるように、リチウム合金を金属
フレームに充填して、アノードを調製し、 (b) 集電装置フレーム（current collecter
frame）中に、約40バール（bars）の圧力下約
400℃の温度で10〜30分間のカソード成分を圧
縮して、カソードを形成し、 (c) 活性成分を約20％の可塑性物質（ポリオレフ
イン又はフツ素樹脂）で含浸及び／又は被覆
し、不活性ガス雰囲気中約200℃の温度で約500
バールの圧力に付して電解質を調製する 本発明方法の実施態様の１つによれば、アノー
ドは700〜800℃で溶融したリチウム合金を成型し
て形成される。
〓率が30％になるように、リチウム合金を金属
フレームに充填して、アノードを調製し、 (b) 集電装置フレーム（current collecter
frame）中に、約40バール（bars）の圧力下約
400℃の温度で10〜30分間のカソード成分を圧
縮して、カソードを形成し、 (c) 活性成分を約20％の可塑性物質（ポリオレフ
イン又はフツ素樹脂）で含浸及び／又は被覆
し、不活性ガス雰囲気中約200℃の温度で約500
バールの圧力に付して電解質を調製する 本発明方法の実施態様の１つによれば、アノー
ドは700〜800℃で溶融したリチウム合金を成型し
て形成される。
本発明方法の他の特に有利な実施態様の１つに
よれば、まずリチウム合金をすべて微粉末（粒
径、200〜500ミクロン）にし、この粉末を適当な
金属フレーム中に機械的振動により予め充填し
て、５〜15分間約200℃で約30バールの圧力に付
することによりアノードが調製される。
よれば、まずリチウム合金をすべて微粉末（粒
径、200〜500ミクロン）にし、この粉末を適当な
金属フレーム中に機械的振動により予め充填し
て、５〜15分間約200℃で約30バールの圧力に付
することによりアノードが調製される。
本発明は、上記の各態様に加えて、添付図面を
参照している以下の記載から明らかになるであろ
う他の態様を更に包含する。
参照している以下の記載から明らかになるであろ
う他の態様を更に包含する。
しかしながら、この図面及び相当する説明は、
単に本発明を例証するために与えられているもの
であつて、本発明を決して限定するものではない
ことが理解されるべきである。
単に本発明を例証するために与えられているもの
であつて、本発明を決して限定するものではない
ことが理解されるべきである。
実施例
第１図に示されるように、本発明の４個の電池
即ち４対の正及び負極からなるバツテリーは、例
えば次の寸法を持つ。
即ち４対の正及び負極からなるバツテリーは、例
えば次の寸法を持つ。
23.6cm×23.6cm×4.5cm
そして、その構成には次の物を必要とする。
●1650ｇの79モル％Li−21モル％Pb合金（アノ
ード） ●2600ｇのTiS2−MoS3（カソード） ●800ｇの集電装置 ●400ｇのアルミナ ●200ｇの電解質 アルミナセラミツク１（５シート、厚さ３mm）
は、ケースから電極２及び３を絶縁している。ア
ノード２は、例えば79モル％のリチウムと21モル
％の鉛から形成される。カソード３は、例えば80
％のTiS2と20％のMoS3に26ｇのテフロン（登録
商標）を加えて形成される。
ード） ●2600ｇのTiS2−MoS3（カソード） ●800ｇの集電装置 ●400ｇのアルミナ ●200ｇの電解質 アルミナセラミツク１（５シート、厚さ３mm）
は、ケースから電極２及び３を絶縁している。ア
ノード２は、例えば79モル％のリチウムと21モル
％の鉛から形成される。カソード３は、例えば80
％のTiS2と20％のMoS3に26ｇのテフロン（登録
商標）を加えて形成される。
厚さ３mmの炭素フエルトスペーサー４は、２個
の中央電極の中央に位置している。２個の集合棒
（omnibus bars）が５に示される。
の中央電極の中央に位置している。２個の集合棒
（omnibus bars）が５に示される。
本実施例で存在するリチウムの重量は、
728amp／hourの理論容量を与える。この電池乃
至バツテリー（重量7050ｇ）の比エネルギーは
142W・hour／Kgである。
728amp／hourの理論容量を与える。この電池乃
至バツテリー（重量7050ｇ）の比エネルギーは
142W・hour／Kgである。
前記から明らかなように、本発明は、ここにお
いてより明快に記述されたその実施態様、実行の
方法及び応用方法によつて決して限定されるもの
ではない。それどころか、本発明の精神の範囲か
ら逸脱しない限り、当業者が行ない得るすべての
変更を包含する。
いてより明快に記述されたその実施態様、実行の
方法及び応用方法によつて決して限定されるもの
ではない。それどころか、本発明の精神の範囲か
ら逸脱しない限り、当業者が行ない得るすべての
変更を包含する。
第１図は、本発明の電池乃至バツテリーの１例
を示す。図中の記号は、以下の通りである。 １……アルミナセラミツク、２……アノード、
３……カソード、４……炭素フエルトスペーサ
ー、５……集合棒（omnibus bar）。
を示す。図中の記号は、以下の通りである。 １……アルミナセラミツク、２……アノード、
３……カソード、４……炭素フエルトスペーサ
ー、５……集合棒（omnibus bar）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アノードが、70〜80モル％のリチウムと20〜
30モル％の鉛から形成されているか、又は70〜80
モル％のリチウムと20〜30モル％の鉛及び錫から
形成され、カソードが、リチウムと反応するとき
にインターカレーシヨン反応を行ない得る遷移金
属の酸化物及び／又は硫化物から形成され、固体
電解質が、可塑性物質中に含浸された窒化リチウ
ムを活性成分として含有している電池乃至バツテ
リー。 ２ アノードが、79モル％のリチウムと21モル％
の鉛を含有するか、又は79モル％のリチウムと21
モル％の鉛及び錫を含有し、密度がほぼ3.3ｇ／
cm3である合金から形成されている特許請求の範囲
第１項に記載の電池乃至バツテリー。 ３ カソードが、TiS2、MoS3、MoO3、NiPS3、
NiS2及びFeS2からなる群より選ばれた少なくと
も１種の物質から形成されている特許請求の範囲
第１項に記載の電池乃至バツテリー。 ４ カソードが、約80モル％のTiS2を含有する
TiS2−MoS3混合物から形成されている特許請求
の範囲第３項に記載の電池乃至バツテリー。 ５ カソードが、それぞれ40％及び60％のモル比
であるNiS2−FeS2混合物から形成されている特
許請求の範囲第３項に記載の電池乃至バツテリ
ー。 ６ カソードを形成する物質が、その重量の１〜
６％のモリブデン粉末及び／又はフツ素樹脂と良
く混合されている特許請求の範囲第１項乃至第５
項のいずれかに記載の電池乃至バツテリー。 ７ 固体電解質含浸用の可塑性物質がポリオレフ
インである特許請求の範囲第１項乃至第６項のい
ずれかに記載の電池乃至バツテリー。 ８ 電解質含浸用の可塑性物質が、フツ素樹脂で
ある特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
に記載の電池乃至バツテリー。 ９ 電極を分離する電解質の層の厚さが、１〜２
mmである特許請求の範囲第１項乃至第８項のいず
れかに記載の電池乃至バツテリー。 １０ カソード及びアノードが、集電装置及び結
合端子の支持体を形成する金属フレームの内側を
満たしている焼結物質から作られている特許請求
の範囲第１項に記載の電池乃至バツテリー。 １１ ４個の電池単位、即ち４対の正極及び４対
の負極から形成されている特許請求の範囲第１項
に記載の電池乃至バツテリー。 １２ アノードが、70〜80モル％のリチウムと20
〜30モル％の鉛から形成されているか、又は70〜
80モル％のリチウムと20〜30モル％の鉛及び錫か
ら形成され、カソードが、リチウムと反応すると
きにインターカレーシヨン反応を行ない得る遷移
金属の酸化物及び／又は硫化物から形成され、固
体電解質が、可塑性物質中に含浸された窒化リチ
ウムを活性成分として含有している電池乃至バツ
テリーの製造法であつて、 (a) 完全に平坦な接触表面を有し且つ最終的な空
〓率が約30％になるように、リチウム合金を金
属フレームに充填して、アノードを調製し、 (b) 集電装置フレーム中に、約40バールの圧力下
約400℃の温度で10〜30分間カソード成分を圧
縮してカソードを形成し、 (c) 活性成分を約20％の可塑性物質（ポリオレフ
イン又はフツ素樹脂）で含浸及び／又は被覆
し、不活性ガス雰囲気中約200℃の温度で約500
バールの圧力に付して電解質を調製する ことを特徴とする製造法。 １３ アノードを、700〜800℃で溶融したリチウ
ム合金を成型して形成する特許請求の範囲第１２
項に記載の製造法。 １４ まずリチウム合金をすべて微粉末（粒径
200〜500ミクロン）にし、この粉末を適当な金属
フレーム中に機械的振動により予め充填して、５
〜15分間約200℃で約30バールの圧力に付するこ
とによりアノードを調製する特許請求の範囲第１
２項に記載の製造法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8118386A FR2513817B1 (fr) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | Perfectionnements apportes aux piles et batteries |
| FR8118386 | 1981-09-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5868879A JPS5868879A (ja) | 1983-04-23 |
| JPH0352187B2 true JPH0352187B2 (ja) | 1991-08-09 |
Family
ID=9262598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57170802A Granted JPS5868879A (ja) | 1981-09-30 | 1982-09-28 | 改良された電池乃至バッテリー及びその製造法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4461816A (ja) |
| JP (1) | JPS5868879A (ja) |
| DE (1) | DE3235828A1 (ja) |
| FR (1) | FR2513817B1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3200757C1 (de) * | 1982-01-13 | 1983-07-21 | Fa. Carl Freudenberg, 6940 Weinheim | Flexible elektrolytische Zelle |
| JPS60220574A (ja) * | 1984-04-17 | 1985-11-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 充電可能な電気化学装置 |
| EP0205784A3 (en) * | 1985-06-28 | 1988-11-09 | Eveready Battery Company, Inc. | A solid state cell employing a cathode of molybdenum trisulfide and manganese dioxide and/or antimony trisulfide |
| US4626335A (en) * | 1985-08-26 | 1986-12-02 | Eagle-Picher Industries, Inc. | Lithium alloy anode for thermal cells |
| US4888258A (en) * | 1987-03-04 | 1989-12-19 | The New Brunswick Telephone Company, Limited | Lithium-lithium nitride anode |
| US4828945A (en) * | 1987-03-27 | 1989-05-09 | Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. | Solid electrolyte sheet and process for producing the same |
| US4826743A (en) * | 1987-12-16 | 1989-05-02 | General Motors Corporation | Solid-state lithium battery |
| JP6228009B2 (ja) | 2010-09-13 | 2017-11-08 | ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニアＴｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ | イオン性ゲル電解質、エネルギー貯蔵デバイス、およびそれらの製造方法 |
| US9276292B1 (en) | 2013-03-15 | 2016-03-01 | Imprint Energy, Inc. | Electrolytic doping of non-electrolyte layers in printed batteries |
| US10530011B1 (en) | 2014-07-21 | 2020-01-07 | Imprint Energy, Inc. | Electrochemical cells and metal salt-based electrolytes |
| CN115911328B (zh) * | 2022-11-30 | 2024-11-26 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种金属锂复合负极及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3506492A (en) * | 1968-05-08 | 1970-04-14 | Standard Oil Co | Solid electrolyte battery having lithium or lithium alloy anode |
| US3898096A (en) * | 1973-06-11 | 1975-08-05 | Rockwell International Corp | Lithium-molten salt cell with transition metal chalcogenide positive electrode |
| JPS50143033A (ja) * | 1974-05-08 | 1975-11-18 | ||
| US3933520A (en) * | 1975-04-03 | 1976-01-20 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Method of preparing electrodes with porous current collector structures and solid reactants for secondary electrochemical cells |
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