JPH0474833B2 - - Google Patents
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- JPH0474833B2 JPH0474833B2 JP58000136A JP13683A JPH0474833B2 JP H0474833 B2 JPH0474833 B2 JP H0474833B2 JP 58000136 A JP58000136 A JP 58000136A JP 13683 A JP13683 A JP 13683A JP H0474833 B2 JPH0474833 B2 JP H0474833B2
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- lii
- lithium
- powder
- negative electrode
- solid electrolyte
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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
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えばリチウム−ヨウ化鉛系電池な
どのように、負極活物質としてリチウムを用いる
固体電解質電池の改良に係り、放電特性の向上を
はかることを目的とする。
どのように、負極活物質としてリチウムを用いる
固体電解質電池の改良に係り、放電特性の向上を
はかることを目的とする。
従来の固体電解質電池では負極としてリチウム
板が用いられているが、このものは放電進行に伴
つて負極と固体電解質層との間に隙間が生じ、負
極の放電利用率が低下して充分な放電性能が得ら
れないという欠点がある。これはこの種電池の放
電反応が負極側でリチウムが正極と対向する側か
ら徐々にイオン化し、固体電解質層を通過して正
極側に移行し正極活物質と反応して正極側で放電
生成物を生成する反応であるが、負極の放電消耗
量に相当する量ほどには正極が体積膨張せず、ま
た固体電解質にまつたく弾性がないため、放電に
伴う負極の消耗に応じて固体電解質層が追従して
変形できないからである。
板が用いられているが、このものは放電進行に伴
つて負極と固体電解質層との間に隙間が生じ、負
極の放電利用率が低下して充分な放電性能が得ら
れないという欠点がある。これはこの種電池の放
電反応が負極側でリチウムが正極と対向する側か
ら徐々にイオン化し、固体電解質層を通過して正
極側に移行し正極活物質と反応して正極側で放電
生成物を生成する反応であるが、負極の放電消耗
量に相当する量ほどには正極が体積膨張せず、ま
た固体電解質にまつたく弾性がないため、放電に
伴う負極の消耗に応じて固体電解質層が追従して
変形できないからである。
そこで、負極を加圧して負極と固体電解質との
接触を常に保つておく必要があるが、小型でかつ
薄形の電池ではそのような加圧手段を電池内部に
具備させることは困難である。
接触を常に保つておく必要があるが、小型でかつ
薄形の電池ではそのような加圧手段を電池内部に
具備させることは困難である。
本発明者らは、そのような事情に鑑み種々研究
を重ねた結果、固体電解質としてLi3Ｎ−LiI（Li3
ＮとLiIのモル比0.88：0.12の固溶体）を用い、リ
チウム粉末と上記Li3Ｎ−LiI粉末との理論体積比
（リチウムの重量をリチウムの密度で割つて得た
リチウムの理論体積と、Li3Ｎ−LiIの重量をLi3
Ｎ−LiIの密度で割つて得たLi3Ｎ−LiIの理論体
積との比をいう）で特定比率の混合物から負極を
構成するときは、リチウムの放電利用率が向上し
て放電特性の良好な固体電解質電池が得られるこ
とを見出し、本発明を完成するにいたつた。
を重ねた結果、固体電解質としてLi3Ｎ−LiI（Li3
ＮとLiIのモル比0.88：0.12の固溶体）を用い、リ
チウム粉末と上記Li3Ｎ−LiI粉末との理論体積比
（リチウムの重量をリチウムの密度で割つて得た
リチウムの理論体積と、Li3Ｎ−LiIの重量をLi3
Ｎ−LiIの密度で割つて得たLi3Ｎ−LiIの理論体
積との比をいう）で特定比率の混合物から負極を
構成するときは、リチウムの放電利用率が向上し
て放電特性の良好な固体電解質電池が得られるこ
とを見出し、本発明を完成するにいたつた。
すなわち、本発明では放電が進行して固体電解
質層近傍のリチウムが消失しても負極中に分散す
る固体電解質としてのLi3Ｎ−LiIによつてリチウ
ムイオンの正極側への移行を可能ならしめ、リチ
ウムの放電利用率を向上させて放電特性の良好な
固体電解質電池が得られるようにしたのである。
さらに詳述すると、本発明ではリチウムと固体電
解質との実質的な接触面積が増加することによ
り、単位面積あたりの電流が減少し、その結果、
リチウムの拡散速度と界面（リチウムと固体電解
質との界面）で消費されるリチウムの消耗速度と
が近づくため、リチウムのはがれが生じにくく、
負極利用率が向上するものと考えられる。
質層近傍のリチウムが消失しても負極中に分散す
る固体電解質としてのLi3Ｎ−LiIによつてリチウ
ムイオンの正極側への移行を可能ならしめ、リチ
ウムの放電利用率を向上させて放電特性の良好な
固体電解質電池が得られるようにしたのである。
さらに詳述すると、本発明ではリチウムと固体電
解質との実質的な接触面積が増加することによ
り、単位面積あたりの電流が減少し、その結果、
リチウムの拡散速度と界面（リチウムと固体電解
質との界面）で消費されるリチウムの消耗速度と
が近づくため、リチウムのはがれが生じにくく、
負極利用率が向上するものと考えられる。
リチウム粉末としては60メツシユ以上の微粉末
が好ましく、また負極に用いるLi3Ｎ−LiIも60メ
ツシユ以上の微粉末が好ましい。
が好ましく、また負極に用いるLi3Ｎ−LiIも60メ
ツシユ以上の微粉末が好ましい。
そして負極はこれらのリチウム粉末とLi3Ｎ−
LiI粉末とを所定の割合で混合したのち、約0.1〜
1t／cm2の圧力で所定の形状に加圧成形される。な
お、この負極と固体電解質層とをそれぞれ予備成
形したのち、両者を重ね合わせて本成形により負
極と固体電解質層を一体に成形することもでき
る。
LiI粉末とを所定の割合で混合したのち、約0.1〜
1t／cm2の圧力で所定の形状に加圧成形される。な
お、この負極と固体電解質層とをそれぞれ予備成
形したのち、両者を重ね合わせて本成形により負
極と固体電解質層を一体に成形することもでき
る。
本発明において、負極中に混入させる固体電解
質としてLi3Ｎ−LiIを用いるが、このLi3Ｎ−LiI
はLi3ＮとLiIとのモル比0.88：0.12の固溶体から
なるものである。本発明において、負極中に混入
させる固体電解質として、Li3Ｎ−LiIを用いるの
はLi3Ｎ−LiIが他の固体電解質に比べて電導度が
高く、かつリチウムとの界面での界面抵抗が小さ
いので、大きい電流を取り出しやすく、放電特性
の良好な電池が得られやすいからである。また、
固体電解質層を構成する固体電解質も上記と同様
の理由によりLi3Ｎ−LiIを用いる。
質としてLi3Ｎ−LiIを用いるが、このLi3Ｎ−LiI
はLi3ＮとLiIとのモル比0.88：0.12の固溶体から
なるものである。本発明において、負極中に混入
させる固体電解質として、Li3Ｎ−LiIを用いるの
はLi3Ｎ−LiIが他の固体電解質に比べて電導度が
高く、かつリチウムとの界面での界面抵抗が小さ
いので、大きい電流を取り出しやすく、放電特性
の良好な電池が得られやすいからである。また、
固体電解質層を構成する固体電解質も上記と同様
の理由によりLi3Ｎ−LiIを用いる。
リチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との混合物中の
両者の混合比としては、理論体積比でLi3Ｎ−LiI
粉末の比率をリチウム粉末１に対してｘとすると
き、ｘが１＜ｘ＜1.4の範囲内にあることが適切
である。これはリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末と
の混合物中のLi3Ｎ−LiI粉末の比率が上記範囲よ
り少なくなると負極の放電利用率を高めて放電特
性を向上させる効果が充分に発揮されず、上記混
合物中のLi3Ｎ−LiI粉末の比率が上記範囲より多
くなると負極中のリチウムの絶対量が少なくなつ
て、その面から放電容量が小さくなつてくるから
である。また、ｘの増加に伴う放電容量の低下を
考慮すると、ｘが１＜ｘ＜1.2であることが特に
好ましい。
両者の混合比としては、理論体積比でLi3Ｎ−LiI
粉末の比率をリチウム粉末１に対してｘとすると
き、ｘが１＜ｘ＜1.4の範囲内にあることが適切
である。これはリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末と
の混合物中のLi3Ｎ−LiI粉末の比率が上記範囲よ
り少なくなると負極の放電利用率を高めて放電特
性を向上させる効果が充分に発揮されず、上記混
合物中のLi3Ｎ−LiI粉末の比率が上記範囲より多
くなると負極中のリチウムの絶対量が少なくなつ
て、その面から放電容量が小さくなつてくるから
である。また、ｘの増加に伴う放電容量の低下を
考慮すると、ｘが１＜ｘ＜1.2であることが特に
好ましい。
次に実施例をあげて本発明を説明する。
実施例 １
リチウム粉末（140メツシユパス）10ｇとLi3Ｎ
−LiI粉末（60メツシユパス）38.26ｇとを充分に
混合し、負極に用いるリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI
粉末との理論体積比で１：1.2の混合物を得た。
−LiI粉末（60メツシユパス）38.26ｇとを充分に
混合し、負極に用いるリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI
粉末との理論体積比で１：1.2の混合物を得た。
なお、上記のLi3Ｎ−LiIはLi3ＮとLiIとのモル
比0.88：0.12の固溶体であり、このLi3Ｎ−LiIの
密度は1.703である。したがつて、Li3Ｎ−LiIの
理論体積は、22.47cm3である。リチウムの密度は
0.534であり、リチウムの理論体積は18.73cm3であ
る。それ故、リチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との
理論体積比は１：1.2である。
比0.88：0.12の固溶体であり、このLi3Ｎ−LiIの
密度は1.703である。したがつて、Li3Ｎ−LiIの
理論体積は、22.47cm3である。リチウムの密度は
0.534であり、リチウムの理論体積は18.73cm3であ
る。それ故、リチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との
理論体積比は１：1.2である。
Li3Ｎ−LiI100mgを固体電解質層とし、ヨウ化
鉛とカルボニルニツケルの混合物（混合比は理論
体積比で４：１）450mgを正極とし、前記リチウ
ム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との理論体積比１：1.2
の混合物をリチウム量が5.18mgとなるように秤取
し、それを負極として圧着法で発電要素を形成
し、第１図に示すような直径16mm、厚さ約１mmの
固体電解質電池を組み立てた。なお第１図におい
て、１は前記のようにリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI
粉末の混合物から構成した負極、２は正極、３は
固体電解質層であり、４は負極集電板、５は正極
集電板、６はセラミツク製リング、７はロウ材で
ある。
鉛とカルボニルニツケルの混合物（混合比は理論
体積比で４：１）450mgを正極とし、前記リチウ
ム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との理論体積比１：1.2
の混合物をリチウム量が5.18mgとなるように秤取
し、それを負極として圧着法で発電要素を形成
し、第１図に示すような直径16mm、厚さ約１mmの
固体電解質電池を組み立てた。なお第１図におい
て、１は前記のようにリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI
粉末の混合物から構成した負極、２は正極、３は
固体電解質層であり、４は負極集電板、５は正極
集電板、６はセラミツク製リング、７はロウ材で
ある。
この電池を20℃，30μAの定電流で放電したと
ころ、第２図の曲線Ａで示される特性が得られ
た。
ころ、第２図の曲線Ａで示される特性が得られ
た。
比較例 １
リチウム粉末（140メツシユパス）を5.18mg秤
取し、これを負極とし、その他は実施例１と同様
にして電池を組み立てた。
取し、これを負極とし、その他は実施例１と同様
にして電池を組み立てた。
この電池を20℃，30μAの定電流で放電させた
ところ、第２図の曲線Ｂで示される特性が得られ
た。
ところ、第２図の曲線Ｂで示される特性が得られ
た。
第２図に示す曲線Ａと曲線Ｂとの比較から明ら
かなように、負極中にLi3Ｎ−LiIを混入させるこ
とにより、放電特性の良好な電池が得られる。
かなように、負極中にLi3Ｎ−LiIを混入させるこ
とにより、放電特性の良好な電池が得られる。
つぎに、リチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との混
合比が放電特性に及ぼす影響を明らかにするため
に、リチウム粉末（14メツシユパス）と前記同様
のLi3Ｎ−LiI粉末（60メツシユパス）を理論体積
比で１：０，１：0.2，１：0.4，１：0.5，１：
0.6，１：0.7，１：1.0，１：1.2，１：1.4，１：
1.8，１：2.0になるように秤取し、充分に混合し
て、リチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との混合物を
得た。
合比が放電特性に及ぼす影響を明らかにするため
に、リチウム粉末（14メツシユパス）と前記同様
のLi3Ｎ−LiI粉末（60メツシユパス）を理論体積
比で１：０，１：0.2，１：0.4，１：0.5，１：
0.6，１：0.7，１：1.0，１：1.2，１：1.4，１：
1.8，１：2.0になるように秤取し、充分に混合し
て、リチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との混合物を
得た。
Li3Ｎ−LiI100mgを固体電解質とし、実施例１
と同様のヨウ化鉛とカルボニルニツケルとの混合
粉末450mgを正極とし、前記リチウム粉末とLi3Ｎ
−LiI粉末との混合物をそれぞれリチウム量が
5.18mgとなる量（20mAh相当）を秤取し、それ
を負極として圧着法で発電要素を形成し、実施例
１と同様の電池を組み立てた。
と同様のヨウ化鉛とカルボニルニツケルとの混合
粉末450mgを正極とし、前記リチウム粉末とLi3Ｎ
−LiI粉末との混合物をそれぞれリチウム量が
5.18mgとなる量（20mAh相当）を秤取し、それ
を負極として圧着法で発電要素を形成し、実施例
１と同様の電池を組み立てた。
この電池を20℃，30μAの定電流で放電させた。
負極の特性で重要な点は、一定の電気容量を放
電するのに必要な負極の体積であり、この値が小
さいほど好ましい。この特性で各電池を比較する
ため、上記の放電結果を第３図に、縦軸に負極内
のリチウム単位電気容量当たりの体積を負極利用
率で割つた値（すなわち、一定の電気容量を放電
するのに必要な負極の体積）をとり、横軸にリチ
ウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との理論体積混合比
（１：ｘ）をとつて表示した。
電するのに必要な負極の体積であり、この値が小
さいほど好ましい。この特性で各電池を比較する
ため、上記の放電結果を第３図に、縦軸に負極内
のリチウム単位電気容量当たりの体積を負極利用
率で割つた値（すなわち、一定の電気容量を放電
するのに必要な負極の体積）をとり、横軸にリチ
ウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との理論体積混合比
（１：ｘ）をとつて表示した。
第３図から明らかなように、Li3Ｎ−LiIの添加
によりリチウム単体（すなわち１：０のとき）の
場合に比べて一定の放電容量を確保するのに必要
な負極の体積が小さくなる。この効果が特に顕著
に現れるのは、Li3Ｎ−LiI粉末の比率ｘが１＜ｘ
＜1.4の範囲内のときである。
によりリチウム単体（すなわち１：０のとき）の
場合に比べて一定の放電容量を確保するのに必要
な負極の体積が小さくなる。この効果が特に顕著
に現れるのは、Li3Ｎ−LiI粉末の比率ｘが１＜ｘ
＜1.4の範囲内のときである。
第１図は本発明の固体電解質電池の一実施例を
示す断面図であり、第２図は本発明の固体電解質
電池と従来の固体電解質電池の放電特性図であ
る。第３図はリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との
理論体積混合比とリチウム単位電気容量当たりの
体積／負極利用率の関係を示す図である。 １……負極、２……正極、３……固体電解質
層。
示す断面図であり、第２図は本発明の固体電解質
電池と従来の固体電解質電池の放電特性図であ
る。第３図はリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末との
理論体積混合比とリチウム単位電気容量当たりの
体積／負極利用率の関係を示す図である。 １……負極、２……正極、３……固体電解質
層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ リチウムを活物質とする負極１と、その負極
１と対向する位置に配置された正極２と、前記負
極１と正極２との間に介在する固体電解質層３と
を備えた固体電解質電池において、 固体電解質はLi3Ｎ−LiIであり、このLi3Ｎ−
LiIはLi3ＮとLiIとのモル比0.88：0.12の固溶体か
らなり、負極１はリチウム粉末とLi3Ｎ−LiI粉末
との混合物から構成されていて、上記混合物中に
おけるリチウム粉末に対するLi3Ｎ−LiI粉末の理
論体積比での比率をリチウム粉末１に対してｘと
するとき、ｘが１＜ｘ＜1.4の範囲内にあること
を特徴とする固体電解質電池。 ２ 上記ｘが１＜ｘ＜1.2である特許請求の範囲
第１項記載の固体電解質電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000136A JPS59127376A (ja) | 1983-01-04 | 1983-01-04 | 固体電解質電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000136A JPS59127376A (ja) | 1983-01-04 | 1983-01-04 | 固体電解質電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59127376A JPS59127376A (ja) | 1984-07-23 |
| JPH0474833B2 true JPH0474833B2 (ja) | 1992-11-27 |
Family
ID=11465611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58000136A Granted JPS59127376A (ja) | 1983-01-04 | 1983-01-04 | 固体電解質電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59127376A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11664531B2 (en) * | 2020-04-14 | 2023-05-30 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ion conductive material including complex metal halide, electrolyte including the same, and methods of forming the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100344357B1 (ko) * | 2000-08-19 | 2002-07-20 | 제노에너지(주) | Ｌｉ 분말음극과 이를 이용한 Ｌｉ 1차 전지 및 그의제조방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56156673A (en) * | 1980-03-31 | 1981-12-03 | Toshiba Corp | Lithium solid battery |
| JPS5795082A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-12 | Hitachi Maxell Ltd | Solid electrolyte cell |
-
1983
- 1983-01-04 JP JP58000136A patent/JPS59127376A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11664531B2 (en) * | 2020-04-14 | 2023-05-30 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ion conductive material including complex metal halide, electrolyte including the same, and methods of forming the same |
| US11973186B2 (en) | 2020-04-14 | 2024-04-30 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ion conductive material including halide material, electrolyte including the same, and methods of forming the same |
| US11978847B2 (en) | 2020-04-14 | 2024-05-07 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ion conductive material, electrolyte including ion conductive material, and methods of forming |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59127376A (ja) | 1984-07-23 |
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