JPH0562712A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JPH0562712A JPH0562712A JP3220200A JP22020091A JPH0562712A JP H0562712 A JPH0562712 A JP H0562712A JP 3220200 A JP3220200 A JP 3220200A JP 22020091 A JP22020091 A JP 22020091A JP H0562712 A JPH0562712 A JP H0562712A
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Classifications
-
- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 通常の使用状態におけるサイクル寿命の低下
を最小限にして、過放電に対する放電容量の低下を極減
する。 【構成】 非水電解液二次電池は、再充電可能な活物質
を主体とする正極と、活物質にリチウムを含む負極とを
備えている。とくに、この発明の二次電池は、正極と負
極との理論容量比を、１：１〜１．３の範囲に設定して
いる。 【効果】 正極と負極の理論容量比を、極めて限られた
範囲に設定するとによって、過放電時に、正極が消費さ
れて多量の負極活物質が残って放電反応が進み、電解液
の分解、導電剤と負極活物質の反応等の副反応が起こっ
て電池性能が劣化するのを効果的に防止できる。
を最小限にして、過放電に対する放電容量の低下を極減
する。 【構成】 非水電解液二次電池は、再充電可能な活物質
を主体とする正極と、活物質にリチウムを含む負極とを
備えている。とくに、この発明の二次電池は、正極と負
極との理論容量比を、１：１〜１．３の範囲に設定して
いる。 【効果】 正極と負極の理論容量比を、極めて限られた
範囲に設定するとによって、過放電時に、正極が消費さ
れて多量の負極活物質が残って放電反応が進み、電解液
の分解、導電剤と負極活物質の反応等の副反応が起こっ
て電池性能が劣化するのを効果的に防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主としてマンガン酸化
物等の再充電可能な活物質を主体とする正極と、金属リ
チウム、リチウム−アルミニウム合金等の負極を備えた
非水電解液二次電池に関するものである。
物等の再充電可能な活物質を主体とする正極と、金属リ
チウム、リチウム−アルミニウム合金等の負極を備えた
非水電解液二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】正極の活物質が二酸化マンガンで、負極
がリチウムである非水電解液二次電池は、充電と放電す
るときに、正極と負極で下記の反応が起こる。 放電時の負極 Ｌｉ→Ｌｉ+＋ｅ- 放電時の正極 ＭｎＯ2＋ｘＬｉ+＋ｅ-→Ｌｉx
ＭｎＯ2 充電時の負極と正極 ＬｉxＭｎＯ2→ｘＬｉ＋ＭｎＯ
2
がリチウムである非水電解液二次電池は、充電と放電す
るときに、正極と負極で下記の反応が起こる。 放電時の負極 Ｌｉ→Ｌｉ+＋ｅ- 放電時の正極 ＭｎＯ2＋ｘＬｉ+＋ｅ-→Ｌｉx
ＭｎＯ2 充電時の負極と正極 ＬｉxＭｎＯ2→ｘＬｉ＋ＭｎＯ
2
【０００３】すなわち、放電時における負極は、金属Ｌ
ｉがＬｉ+イオンとなって溶出し、充電するときには、
Ｌｉ+イオンが金属Ｌｉとなって表面に析出される。こ
の反応で充放電される非水電解液二次電池は、充放電す
るにつれてリチウム量が減少する。それは、充電時に負
極表面に析出されたリチウムが、電解液と徐々に反応し
て負活性な生成物となることが理由である。すなわち、
充放電において下記の反応が進行する。
ｉがＬｉ+イオンとなって溶出し、充電するときには、
Ｌｉ+イオンが金属Ｌｉとなって表面に析出される。こ
の反応で充放電される非水電解液二次電池は、充放電す
るにつれてリチウム量が減少する。それは、充電時に負
極表面に析出されたリチウムが、電解液と徐々に反応し
て負活性な生成物となることが理由である。すなわち、
充放電において下記の反応が進行する。
【０００４】 充電工程において、Ｌｉ+イオンは負
極の表面にＬｉとなって析出する。 負極の表面に析
出したＬｉは、その一部が溶媒と反応して化学的に不活
性な反応生成物となる。 放電するときには、Ｌｉが
溶出してＬｉ+となる。しかしながらこの工程で、負極
の表面に析出した全てのＬｉが溶出されない。それは、
Ｌｉが溶媒と反応してできた不活性な反応生成物はＬｉ
+となって溶出しないからである。
極の表面にＬｉとなって析出する。 負極の表面に析
出したＬｉは、その一部が溶媒と反応して化学的に不活
性な反応生成物となる。 放電するときには、Ｌｉが
溶出してＬｉ+となる。しかしながらこの工程で、負極
の表面に析出した全てのＬｉが溶出されない。それは、
Ｌｉが溶媒と反応してできた不活性な反応生成物はＬｉ
+となって溶出しないからである。
【０００５】このため、の工程で負極に析出されたＬ
ｉは、その全てをの工程でＬｉ+イオンとして溶出す
ることができない。したがって、充放電が進行するにし
たがって、負極から溶出できるリチウム量が減少してサ
イクル寿命を短くする。この欠点を解消するために、従
来の非水電解液二次電池は、負極容量を正極容量の２倍
以上としている。
ｉは、その全てをの工程でＬｉ+イオンとして溶出す
ることができない。したがって、充放電が進行するにし
たがって、負極から溶出できるリチウム量が減少してサ
イクル寿命を短くする。この欠点を解消するために、従
来の非水電解液二次電池は、負極容量を正極容量の２倍
以上としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、負極容
量を正極容量の２倍以上とした非水電解液二次電池は、
電池電圧を０Ｖまで放電する、つまり過放電すると、再
充電しても放電不可能となり、著しく容量が減少すると
いう電池の性能劣化があった。それは、負極容量が正極
容量の２倍以上もある非水電解液二次電池は、０Ｖまで
過放電されると、正極活物質と負極活物質が反応した
後、つまり正極容量が使い果たされた後も、負極活物質
が残っているため放電反応が進み、電解液の分解、導電
剤と負極活物質の反応等の副反応が起こり電池性能が劣
化することが理由である。
量を正極容量の２倍以上とした非水電解液二次電池は、
電池電圧を０Ｖまで放電する、つまり過放電すると、再
充電しても放電不可能となり、著しく容量が減少すると
いう電池の性能劣化があった。それは、負極容量が正極
容量の２倍以上もある非水電解液二次電池は、０Ｖまで
過放電されると、正極活物質と負極活物質が反応した
後、つまり正極容量が使い果たされた後も、負極活物質
が残っているため放電反応が進み、電解液の分解、導電
剤と負極活物質の反応等の副反応が起こり電池性能が劣
化することが理由である。
【０００７】この発明は、さらにこの欠点を解決するこ
とを目的に開発されたもので、この発明の重要な目的
は、通常の使用状態におけるサイクル寿命の短縮を可能
な限り少なく制限して、過放電に対する放電容量の低下
を極減できる非水電解液二次電池を提供するにある。
とを目的に開発されたもので、この発明の重要な目的
は、通常の使用状態におけるサイクル寿命の短縮を可能
な限り少なく制限して、過放電に対する放電容量の低下
を極減できる非水電解液二次電池を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の非水電解液二
次電池は、前述の目的を達成するために下記の構成を備
えている。すなわち、この発明の非水電解液二次電池
は、再充電可能な活物質を主体とする正極と、活物質に
リチウムを含む負極とを備えており、正極と負極との理
論容量比を、１：１〜１．３の範囲に設定したことを特
徴としている。
次電池は、前述の目的を達成するために下記の構成を備
えている。すなわち、この発明の非水電解液二次電池
は、再充電可能な活物質を主体とする正極と、活物質に
リチウムを含む負極とを備えており、正極と負極との理
論容量比を、１：１〜１．３の範囲に設定したことを特
徴としている。
【０００９】正極の活物質には、例えば、ＭｎＯ2の複
合化合物、ＴｉＳ2、クロム酸化物、バナジウム化合物
などが使用できる。また、負極には、Ｌｉ−Ａｌ合金や
Ｌｉ−ウッドメタル合金が使用できる。
合化合物、ＴｉＳ2、クロム酸化物、バナジウム化合物
などが使用できる。また、負極には、Ｌｉ−Ａｌ合金や
Ｌｉ−ウッドメタル合金が使用できる。
【００１０】この発明の非水電解液二次電池は、好まし
くは、正極の活物質をＭｎＯ2の複合化合物、例えば、
Ｌｉ（ＯＨ）−ＭｎＯ2焼結体とし、負極はＬｉ−Ａｌ
合金やＬｉ−ウッドメタル合金とする。
くは、正極の活物質をＭｎＯ2の複合化合物、例えば、
Ｌｉ（ＯＨ）−ＭｎＯ2焼結体とし、負極はＬｉ−Ａｌ
合金やＬｉ−ウッドメタル合金とする。
【００１１】
【作用】この発明の非水電解液二次電池は、正極と負極
の理論容量比を１：１〜１．３の範囲に設計している。
この二次電池は、従来の非水電解液二次電池のように、
負極を正極よりも著しく大容量とすることなく、特定の
範囲に設定している。この二次電池は、過放電されたと
きには、正極と負極とがほぼ同じか、あるいは、多少は
正極を先に消費するように設計している。したがって、
従来の非水電解液二次電池のように、正極が消費された
後に、多量の負極活物質が残って放電反応が進み、電解
液の分解、導電剤と負極活物質の反応等の副反応が起こ
って電池性能を劣化させるのを防止できる。正極が消費
された後、副反応が全くおこらないわけではないが、こ
れを低く抑えることができて、電池性能の劣化もほとん
どない。また、負極容量の減少に伴うサイクル寿命の減
少も少なく抑制できる。
の理論容量比を１：１〜１．３の範囲に設計している。
この二次電池は、従来の非水電解液二次電池のように、
負極を正極よりも著しく大容量とすることなく、特定の
範囲に設定している。この二次電池は、過放電されたと
きには、正極と負極とがほぼ同じか、あるいは、多少は
正極を先に消費するように設計している。したがって、
従来の非水電解液二次電池のように、正極が消費された
後に、多量の負極活物質が残って放電反応が進み、電解
液の分解、導電剤と負極活物質の反応等の副反応が起こ
って電池性能を劣化させるのを防止できる。正極が消費
された後、副反応が全くおこらないわけではないが、こ
れを低く抑えることができて、電池性能の劣化もほとん
どない。また、負極容量の減少に伴うサイクル寿命の減
少も少なく抑制できる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。但し、以下に示す実施例は、この発明の技術思
想を具体化するための非水電解液二次電池を例示すもの
であって、この発明の非水電解液二次電池は、構成部品
の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するも
のでない。この発明の非水電解液二次電池は、特許請求
の範囲に於て、種々の変更を加えることができる。
明する。但し、以下に示す実施例は、この発明の技術思
想を具体化するための非水電解液二次電池を例示すもの
であって、この発明の非水電解液二次電池は、構成部品
の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するも
のでない。この発明の非水電解液二次電池は、特許請求
の範囲に於て、種々の変更を加えることができる。
【００１３】更に、この明細書は、特許請求の範囲を理
解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号
を、「特許請求の範囲」、および「課題を解決する為の
手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許
請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定する
ものでは決してない。
解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号
を、「特許請求の範囲」、および「課題を解決する為の
手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許
請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定する
ものでは決してない。
【００１４】図１は、本発明の実施例による、偏平型の
非水電解液二次電池の半断面図を示している。この図に
おいて１は正極缶であり、その内底面には、正極２が正
極集電体３を介して圧接されている。
非水電解液二次電池の半断面図を示している。この図に
おいて１は正極缶であり、その内底面には、正極２が正
極集電体３を介して圧接されている。
【００１５】正極には、水酸化リチウムと二酸化マンガ
ンを、４００℃で熱処理して得られた活物質と、導電剤
としてのアセチレンブラック及び結着剤としてのフッ素
樹脂を、９０：８：２の重量比率で混合した正極合剤を
所定量採取し成型したものである。
ンを、４００℃で熱処理して得られた活物質と、導電剤
としてのアセチレンブラック及び結着剤としてのフッ素
樹脂を、９０：８：２の重量比率で混合した正極合剤を
所定量採取し成型したものである。
【００１６】４はリチウム−アルミニウム合金板よりな
る負極であって、負極集電体５を介して負極缶６の内底
面に圧着されている。
る負極であって、負極集電体５を介して負極缶６の内底
面に圧着されている。
【００１７】７はポリプロピレン製のセパレータであ
る。このセパレータには、プロピレンカーボネートとジ
メトキシエタンの混合溶媒に、ＬｉＣｌＯ4を１モル溶
解した非水電解液を含浸している。８は絶縁パッキング
である。
る。このセパレータには、プロピレンカーボネートとジ
メトキシエタンの混合溶媒に、ＬｉＣｌＯ4を１モル溶
解した非水電解液を含浸している。８は絶縁パッキング
である。
【００１８】電池寸法は外径２４．０ｍｍφ、厚み３．
０ｍｍである。正極の理論容量を１００ｍＡｈとし、負
極の理論容量１００ｍＡｈ、１３０ｍＡｈとする構成、
つまり、正極と負極の理論容量比が１：１の電池Ａ1
と、理論容量比が１：１．３となる電池Ａ2を上記の通
り作製して、本発明の非水電解液二次電池を試作した。
０ｍｍである。正極の理論容量を１００ｍＡｈとし、負
極の理論容量１００ｍＡｈ、１３０ｍＡｈとする構成、
つまり、正極と負極の理論容量比が１：１の電池Ａ1
と、理論容量比が１：１．３となる電池Ａ2を上記の通
り作製して、本発明の非水電解液二次電池を試作した。
【００１９】また比較例として、正極容量が１００ｍＡ
ｈで、負極容量がその半分の５０ｍＡｈ、つまり理論容
量比が１：０．５の非水電解液二次電池Ｂ1と、正極が
１００ｍＡｈで負極容量がその倍の２００ｍＡｈと大き
い、容量比１：２の非水電解液二次電池Ｂ2も試作し
た。
ｈで、負極容量がその半分の５０ｍＡｈ、つまり理論容
量比が１：０．５の非水電解液二次電池Ｂ1と、正極が
１００ｍＡｈで負極容量がその倍の２００ｍＡｈと大き
い、容量比１：２の非水電解液二次電池Ｂ2も試作し
た。
【００２０】図２はこれらの非水電解液二次電池の過放
電サイクルの特性図を示している。なお、充電条件は、
出力電圧が３．５Ｖである定電圧電源に、保護抵抗１０
０Ωを直列に接続して１００時間充電した。放電は、１
ｋΩの負荷を接続して、電池電圧が０Ｖとなるまで放電
するサイクルとした。ただし、図２は、一般的に実際の
機器で利用される電圧２ボルトまでの容量をプロットし
ている。この図より、過放電サイクル特性が、本発明電
池Ａ1、Ａ2では著しく改善されているのが明確である。
この図に示すように、負極容量を正極の２倍とした従来
の比較電池Ｂ2は過放電による劣化が著しい欠点があ
る。
電サイクルの特性図を示している。なお、充電条件は、
出力電圧が３．５Ｖである定電圧電源に、保護抵抗１０
０Ωを直列に接続して１００時間充電した。放電は、１
ｋΩの負荷を接続して、電池電圧が０Ｖとなるまで放電
するサイクルとした。ただし、図２は、一般的に実際の
機器で利用される電圧２ボルトまでの容量をプロットし
ている。この図より、過放電サイクル特性が、本発明電
池Ａ1、Ａ2では著しく改善されているのが明確である。
この図に示すように、負極容量を正極の２倍とした従来
の比較電池Ｂ2は過放電による劣化が著しい欠点があ
る。
【００２１】さらに、図３は、図２と異なる条件、すな
わち通常の使用状態に近い充放電条件で試験した非水電
解液二次電池の充放電サイクル特性図を示している。こ
の特性は、５ｍＡの定電流で充放電して試験した。充電
は電池の電圧が３．５Ｖに上昇すると停止した。放電は
電圧が２．０Ｖに降下すると停止した。この図に示すよ
うに、この発明の非水電解液二次電池Ａ1、Ａ2は、負極
容量を正極容量の２倍とした比較電池Ｂ2にほぼ匹敵す
るサイクル寿命を実現した。
わち通常の使用状態に近い充放電条件で試験した非水電
解液二次電池の充放電サイクル特性図を示している。こ
の特性は、５ｍＡの定電流で充放電して試験した。充電
は電池の電圧が３．５Ｖに上昇すると停止した。放電は
電圧が２．０Ｖに降下すると停止した。この図に示すよ
うに、この発明の非水電解液二次電池Ａ1、Ａ2は、負極
容量を正極容量の２倍とした比較電池Ｂ2にほぼ匹敵す
るサイクル寿命を実現した。
【００２２】これ等図２と図３から明かなように、正極
と負極の理論容量比を特定の範囲に制限したこの発明の
非水電解液二次電池は、通常の使用状態におけるサイク
ル寿命をほとんど低下させることなく、０Ｖまで過放電
するサイクル寿命を著しく長くできた。
と負極の理論容量比を特定の範囲に制限したこの発明の
非水電解液二次電池は、通常の使用状態におけるサイク
ル寿命をほとんど低下させることなく、０Ｖまで過放電
するサイクル寿命を著しく長くできた。
【００２３】なお、実施例では偏平形電池を例に示して
いるが、角形、円筒形でも同様の効果がある。
いるが、角形、円筒形でも同様の効果がある。
【００２４】
【発明の効果】この発明の非水電解液二次電池は、再充
電可能な活物質を主体とする正極と、活物質にリチウム
を含む負極とを備え、正極と負極との理論容量比を１：
１〜１：１．３の範囲に特定している。この構成の非水
電解液二次電池は、過放電による電池性能の劣化を極め
て効果的に阻止することができ、しかも、通常の使用状
態におけるサイクル寿命の低下を極めて少なくでき、工
業的価値は極めて大である。このように、過放電におけ
るサイクル寿命の低下を阻止できるのは、負極と正極と
の理論容量比を、極めて限られた範囲に設定しているの
で、正極と負極とが同じように消費されて、副反応が起
こって電池性能を低下させるのを防止できるからであ
る。
電可能な活物質を主体とする正極と、活物質にリチウム
を含む負極とを備え、正極と負極との理論容量比を１：
１〜１：１．３の範囲に特定している。この構成の非水
電解液二次電池は、過放電による電池性能の劣化を極め
て効果的に阻止することができ、しかも、通常の使用状
態におけるサイクル寿命の低下を極めて少なくでき、工
業的価値は極めて大である。このように、過放電におけ
るサイクル寿命の低下を阻止できるのは、負極と正極と
の理論容量比を、極めて限られた範囲に設定しているの
で、正極と負極とが同じように消費されて、副反応が起
こって電池性能を低下させるのを防止できるからであ
る。
【図１】この発明の一実施例を示す非水電解液二次電池
の断面図
の断面図
【図２】この発明の電池と従来の非水電解液二次電池の
サイクル寿命を示すグラフ
サイクル寿命を示すグラフ
【図３】この発明の電池と従来の非水電解液二次電池の
サイクル寿命を示すグラフ
サイクル寿命を示すグラフ
１…正極缶 ２…
正極 ３…正極集電体 ４
…負極 ５…負極集電体 ６
…負極缶 ７…セパレータ ８
…絶縁パッキン
正極 ３…正極集電体 ４
…負極 ５…負極集電体 ６
…負極缶 ７…セパレータ ８
…絶縁パッキン
Claims (1)
- 【請求項１】 再充電可能な活物質を主体とする正極
と、活物質にリチウムを含む負極とを備える非水電解液
二次電池において、 正極と負極との理論容量比が１：１〜１．３の範囲に設
計されたことを特徴とする非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3220200A JPH0562712A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3220200A JPH0562712A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0562712A true JPH0562712A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16747457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3220200A Pending JPH0562712A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0562712A (ja) |
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1991
- 1991-08-30 JP JP3220200A patent/JPH0562712A/ja active Pending
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