JPH05314977A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

Info

Publication number
JPH05314977A
JPH05314977A JP4117226A JP11722692A JPH05314977A JP H05314977 A JPH05314977 A JP H05314977A JP 4117226 A JP4117226 A JP 4117226A JP 11722692 A JP11722692 A JP 11722692A JP H05314977 A JPH05314977 A JP H05314977A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aqueous electrolyte
negative electrode
secondary battery
electrolyte secondary
carbon atoms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4117226A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Kobayashi
茂雄 小林
Kazunori Haraguchi
和典 原口
Kenichi Morigaki
健一 森垣
Yoshiaki Nitta
芳明 新田
Takahiro Teraoka
孝浩 寺岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP4117226A priority Critical patent/JPH05314977A/ja
Publication of JPH05314977A publication Critical patent/JPH05314977A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • 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
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電容量とサイクル特性のともに良好な非水
電解液二次電池を提供することを目的とする。 【構成】 非水電解液と、充放電可能な正極と、負極と
を備えた非水電解液二次電池において、前記負極とし
て、炭素原子6個からなる6角形と炭素原子5個からな
る5角形から構成される球状分子のフラーレン結晶構造
になっている炭素材料を用いている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非水電解液二次電池、特
に負極を改良した非水電解液二次電池に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、民生用電子機器のポータブル化、
コードレス化が急速に進んでいる。これにつれて駆動用
電源を担う小形、軽量で、かつ高エネルギー密度を有す
る二次電池への要望も高まってきている。このような観
点から、非水系二次電池、特にリチウム二次電池は、と
りわけ高電圧、高エネルギー密度を有する電池としてそ
の期待は大きく、開発が急がれている。
【0003】従来、かかるリチウム二次電池の正極活物
質には、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、二硫化チ
タンなどが用いられていた。これらの正極と、リチウム
負極および有機電解液とで電池を構成し、充放電を繰り
返していた。
【0004】ところが、一般に負極にリチウム金属を用
いた二次電池では、充電時に生成するデンドライト状リ
チウムによる内部短絡や、活物質と電解液の副反応とい
った課題が二次電池への大きな障害となっていた。また
昨今、リチウム電池の安全性が厳しく指摘されており、
負極にリチウム金属あるいはリチウム合金を用いた電池
系においては安全性の確保が非常に困難な状態にある。
【0005】一方、層状化合物のインターカレーション
反応を利用した新しいタイプの電極活物質が注目を集め
ており、黒鉛層間化合物が二次電池の電極材料として考
えられている。
【0006】特に、ClO4 、PF5 、BF4 イオン等
のアニオンを取りこんだ黒鉛層間化合物は正極として用
いることができ、一方、Li+ 、Na+ 等のカチオンを
取りこんだ黒鉛層間化合物は負極として用いることがで
きると考えられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、カチオンを取
りこんだ黒鉛層間化合物は極めて不安定であり、天然黒
鉛や人造黒鉛を負極として用いた場合、通常は電池とし
ての安定性に欠けると共に容量も低いという問題があっ
た。また、電解液の分解を伴うために、リチウム負極の
代替となり得るものではなかった。
【0008】さらに従来の構成では、リチウムのインタ
ーカレートおよびデインターカレートの量を求めたとこ
ろ、黒鉛化が十分でない疑黒鉛材料を負極に用いた場合
には、100〜150mAh カーボン1gの容量しか得ら
れないという課題を有していた。
【0009】これに対し、高結晶性の黒鉛材料を負極に
用いた場合には、コークスの高温焼成体などは比較的高
容量の200〜250mAh/g の値が得られている。しか
しながら、充放電に伴い黒鉛のC軸の方向の膨張および
収縮が大きいために成形体が膨潤し、元の形状を維持で
きなくなるという課題を有していた。
【0010】そこで本発明の目的は、上記のような従来
技術の課題を解決し、安全性が確保され、高容量を有
し、しかもサイクル特性に優れた非水電解液二次電池を
提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)および(2)の本発明により達成される。
【0012】(1)非水電解液と、充放電可能な正極
と、負極とを備えた非水電解液二次電池において、前記
負極として、炭素原子6個からなる6角形と炭素原子5
個からなる5角形とから構成された球状分子のフラーレ
ン結晶構造になっている炭素材料を用いたことを特徴と
する非水電解液二次電池。
【0013】(2)上記球状分子が60個、70個、7
6個または84個の炭素原子より構成されている上記
(1)に記載の非水電解液二次電池。
【0014】
【作用】本発明における球状分子のフラーレン結晶構造
をもつ炭素材料を負極に用いると、この炭素にインタカ
レートおよびデインタカレートするリチウム量は多くな
り、この炭素の結晶構造が球状であるため層状に比較し
て強固となり、高容量でサイクル特性の優れた非水電解
液二次電池を実現することができる。
【0015】
【具体的構成】以下、本発明について、図を参照しなが
ら説明する。
【0016】図1に本発明において使用する炭素材料の
フラーレン結晶構造の炭素数60個の分子模式図を示
す。
【0017】図1から分かるように、かかる炭素材料に
おいては、炭素原子6個からなる6角形と炭素原子5個
からなる5角形から球状分子が構成されている。
【0018】このフラーレン結晶構造は最近発表された
炭素(黒鉛)の結晶タイプの新しい発見である(「機能
材料」1992年2月号 Vol.12 No. 2参照)。フ
ラーレン構造をもつ黒鉛は、その炭素原子が等価、対称
形に並んで、サッカーボール状の分子を形成している。
【0019】この結晶構造は、アルゴン雰囲気中に二つ
の炭素電極を置き、アーク放電を起こさせ、高温、高磁
界での炭素の分解、結晶化により負電極上に成長させる
ことができる。
【0020】負極は、例えば、かかる球状分子のフラー
レン結晶構造をもつ炭素材料に樹脂系接着剤を混合し、
水溶液に懸濁させてペースト状にし、このペーストを銅
箔の両面に塗着し、乾燥後圧延することにより製造する
ことができる。
【0021】正極および電解液等は従来より非水電解液
二次電池の分野において知られているものを使用するこ
とができ、特に制限されるべきものではない。
【0022】球状分子のフラーレン結晶構造を有する黒
鉛が高容量であるのは、以下のような理由による。
【0023】平面の層状構造を有する黒鉛は理論上は炭
素原子6個に対しリチウム1個がインタカレートする
が、実際の電池では、その三分の二のリチウムがインタ
カレートするだけである。しかし、結晶構造が球状の場
合は、球の外側へ格子間ドーピングするため、リチウム
が入り易くなるので高容量が可能となるものと思われ
る。
【0024】さらに、サイクル特性が良好となる理由
は、構造が球状の結晶構造であるためリチウムのインタ
カレートおよびデインタカレートによる結晶構造の破壊
がほとんどないことによると思われる。
【0025】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図を参照し
ながら説明する。 実施例 図2に本実施例で用いた円筒形電池の縦断面図を示す。
この図2においては、1は耐有機電解液性のステンレス
鋼板を加工した電池ケース、2は安全弁を設けた封口
板、3は絶縁パッキングを示す。4は極板群であり、正
極および負極がセパレータを介して複数回渦巻状に巻回
されて収納されている。
【0026】上記正極からは正極リード5が引き出され
て封口板2に接続され、一方、負極からは負極リード6
が引き出されて電池ケースの底部1に接続されている。
7は絶縁リングで、極板群の上下部にそれぞれ設けられ
ている。以下、正、負極板、電解液等について詳しく説
明する。
【0027】正極を製造するために、まずはLi2 CO
3 と、CoCO3 とを混合し、900℃で10時間焼成
して合成したLiCoO2 の粉末100重量部に、アセ
チレンブラック3重量部、グラファイト4重量部および
フッ素樹脂系接着剤7重量部を混合し、これをカルボキ
シメチルセルロース水溶液に懸濁させて、ペースト状に
した、このペーストを厚さ0.03mmのアルミ箔の両面
に塗着し、乾燥後圧延して厚さ0.19mm、幅40mm、
長さ250mmの極板とした。合剤重量は5g であった。
【0028】負極の製造は、まず熱処理を施した球状分
子のフラーレン結晶構造をもつ炭素数60の炭素材料1
00重量部に、フッ素樹脂系接着剤10重量部を混合
し、これをカルボキシメチルセルロース水溶液に懸濁さ
せて、ペースト状にした。そしてこのペーストを厚さ
0.02mmの銅箔に両面に塗着し、乾燥後圧延して厚さ
0.20mm、幅40mm、長さ260mmの極板とした、合
剤重量は2.5gであった。
【0029】次いで、負極板それぞれにリードを取りつ
け、厚さ0.025mm、幅46mm、長さ700mmのポリ
プロピレン製のセパレータを介して渦巻状に巻回し、こ
れを直径13.8mm、高さ50mmの電池ケース内に収納
した。電解液には炭酸プロピレンと炭酸エチレンの等容
積混合溶媒に、過塩素酸リチウムを1モル/1の割合で
溶解したものを用いた。 比較例1 負極に1200℃で熱処理を施した黒鉛化されていない
メソカーボンマイクロビーズを用いた以外は全く実施例
の電池と同一条件で構成を行い、比較例1の電池とし
た。 比較例2 負極に2800℃で熱処理を施したコークス焼成体の黒
鉛化の高い層状構造の黒鉛を用いた以外は全く実施例の
電池と同一条件で構成を行い、比較例2の電池とした。
【0030】上述の実施例の電池並びに比較例1および
2の電池について、それぞれ充放電電流100mA、充電
終止電圧4.1v、放電終止電圧3.0vの条件下で定
電流充放電試験を行った。これらの10サイクル目の充
放電曲線の比較を図3に、また、サイクル特性の比較を
図4にそれぞれ示す。
【0031】図3より明らかなように、炭素原子60個
の球状分子のフラーレン結晶構造を有する炭素材料を用
いた本実施例の電池は640mAh の高い容量を示した。
これに対し比較的2の電池は450〜500mAh の容量
を有し、一方、黒鉛化していない負極材を用いた比較例
1の電池では容量が350mAh と極めて低い値となっ
た。
【0032】また、図4から明らかなように、実施例の
電池ではサイクル平坦性が良好であり、500サイクル
以上の充放電が可能である。一方、コークスを用いた比
較例2の電池は、サイクルに伴う劣化が著しく、50サ
イクルで初期容量の半分以下であった。
【0033】さらに、その他の実施例として炭素原子6
0個以外の70、76および84個の球状分子のフラー
レン結晶構造の炭素材についても検討したが、この場合
も前記実施例と全く同じ放電容量とサイクル特性が得ら
れた。
【0034】以上のように本実施例では、球状分子のフ
ラーレン構造を有する炭素材料を負極に用いたことによ
り、高容量でサイクル特性の優れたリチウム二次電池が
実現できた。
【0035】
【発明の効果】本発明の、負極として炭素原子6個から
なる6角形と炭素原子5個からなる5角形で構成される
球状分子のフラーレン結晶構造の炭素材料を用いること
により、高容量でサイクル特性の良好な非水電解液二次
電池になるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】炭素原子60個の球状分子のフラーレン結晶構
造を示す模式図である。
【図2】本実施例において用いた円筒形非水電解液二次
電池の縦断面図である。
【図3】本発明の一例電池と比較例1および2の電池の
10サイクル目の充放電曲線の比較を示すグラフであ
る。
【図4】本発明の一例電池と比較例1および2の電池の
サイクル特性の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
1‥‥ 電池ケース 2‥‥ 封口板 3‥‥ 絶縁パッキング 4‥‥ 極板群 5‥‥ 正極リード 6‥‥ 負極リード 7‥‥ 絶縁リング
フロントページの続き (72)発明者 新田 芳明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 寺岡 孝浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非水電解液と、充放電可能な正極と、負
    極とを備えた非水電解液二次電池において、前記負極と
    して、炭素原子6個からなる6角形と炭素原子5個から
    なる5角形とから構成された球状分子のフラーレン結晶
    構造になっている炭素材料を用いたことを特徴とする非
    水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 上記球状分子が60個、70個、76個
    または84個の炭素原子より構成されている請求項1に
    記載の非水電解液二次電池。
JP4117226A 1992-05-11 1992-05-11 非水電解液二次電池 Pending JPH05314977A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4117226A JPH05314977A (ja) 1992-05-11 1992-05-11 非水電解液二次電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4117226A JPH05314977A (ja) 1992-05-11 1992-05-11 非水電解液二次電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05314977A true JPH05314977A (ja) 1993-11-26

Family

ID=14706515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4117226A Pending JPH05314977A (ja) 1992-05-11 1992-05-11 非水電解液二次電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05314977A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004032262A1 (ja) * 2002-10-04 2004-04-15 Mitsubishi Chemical Corporation リチウム二次電池用負極材料の添加剤、リチウム二次電池用負極材料、並びに、このリチウム二次電池用負極材料を用いた負極及びリチウム二次電池
CN1333478C (zh) * 2002-10-04 2007-08-22 三菱化学株式会社 用于锂二次电池的负极材料、使用该材料的负极和锂二次电池
US7531273B2 (en) 2001-05-29 2009-05-12 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Fullerene-based secondary cell electrodes
KR100917286B1 (ko) * 2001-05-29 2009-09-11 아이티티 메뉴펙터링 엔터프라이지즈 인코포레이티드 풀러렌 기반 2차 전지 전극
US7879260B2 (en) 2002-10-04 2011-02-01 Mitsubishi Chemical Corporation Additive for anode material for lithium secondary battery, anode material for lithium secondary battery, anode and lithium secondary battery using the anode material for lithium secondary battery
WO2013127953A1 (de) * 2012-03-01 2013-09-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Elektrochemischer energiespeicher- oder energiewandlervorrichtung aus einer galvanischen zelle mit elektrochemischen halbzellen umfassend eine suspension aus fulleren und ionischer flüssigkeit

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7531273B2 (en) 2001-05-29 2009-05-12 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Fullerene-based secondary cell electrodes
KR100917286B1 (ko) * 2001-05-29 2009-09-11 아이티티 메뉴펙터링 엔터프라이지즈 인코포레이티드 풀러렌 기반 2차 전지 전극
WO2004032262A1 (ja) * 2002-10-04 2004-04-15 Mitsubishi Chemical Corporation リチウム二次電池用負極材料の添加剤、リチウム二次電池用負極材料、並びに、このリチウム二次電池用負極材料を用いた負極及びリチウム二次電池
CN1333478C (zh) * 2002-10-04 2007-08-22 三菱化学株式会社 用于锂二次电池的负极材料、使用该材料的负极和锂二次电池
US7879260B2 (en) 2002-10-04 2011-02-01 Mitsubishi Chemical Corporation Additive for anode material for lithium secondary battery, anode material for lithium secondary battery, anode and lithium secondary battery using the anode material for lithium secondary battery
WO2013127953A1 (de) * 2012-03-01 2013-09-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Elektrochemischer energiespeicher- oder energiewandlervorrichtung aus einer galvanischen zelle mit elektrochemischen halbzellen umfassend eine suspension aus fulleren und ionischer flüssigkeit
JP2015513179A (ja) * 2012-03-01 2015-04-30 フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツア フォルデルング デア アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ フラーレンとイオン性液体との懸濁液を有する電気化学半電池を有するガルバニ電池を備えた電気化学エネルギー貯蔵装置又はエネルギー変換装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2884746B2 (ja) 非水電解液2次電池
US10637059B2 (en) Method for producing a positive electrode composite material for Na ion battery
JP3047693B2 (ja) 非水電解液二次電池およびその正極活物質の製造法
JP3033175B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP4507284B2 (ja) 非水電解液二次電池
CN117766754A (zh) 锂二次电池用正极活性物质及含其的锂二次电池
JP3048808B2 (ja) 非水電解質二次電池
JPH0737618A (ja) 非水電解液二次電池
JPH06111818A (ja) 非水電解液二次電池用炭素負極
JPH06215761A (ja) 非水電解液二次電池用黒鉛電極およびこれを用いた非水電解液二次電池
JP3061337B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP3309719B2 (ja) 非水電解液二次電池
JPH05314977A (ja) 非水電解液二次電池
KR102320977B1 (ko) 실리콘 복합체를 포함하는 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JPH0869819A (ja) 非水電解液2次電池
JPH05174872A (ja) 非水電解液二次電池
JP3236170B2 (ja) 非水電解質二次電池用負極
JP3082116B2 (ja) 非水電解液二次電池
JPH08180864A (ja) 非水電解液二次電池
JP3424419B2 (ja) 非水電解液二次電池用負極炭素物質の製造法
JP3010861B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP3008638B2 (ja) 非水電解液二次電池並びにその負極活物質
JPH08138671A (ja) 非水電解液二次電池用電極
JPS63114065A (ja) 有機電解質二次電池
KR102864702B1 (ko) 리튬 이차 전지