JPH0570905B2 - - Google Patents

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JPH0570905B2
JPH0570905B2 JP61113832A JP11383286A JPH0570905B2 JP H0570905 B2 JPH0570905 B2 JP H0570905B2 JP 61113832 A JP61113832 A JP 61113832A JP 11383286 A JP11383286 A JP 11383286A JP H0570905 B2 JPH0570905 B2 JP H0570905B2
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JP
Japan
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solid
sis
lithium
battery
mos
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JP61113832A
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Baarisu Harii
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Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Union Carbide Corp
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Publication of JPH0570905B2 publication Critical patent/JPH0570905B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • 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
    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、MnO2および/またはSb2S3と共に
MoS3を含む固体正極を使用したい固状電池に関
するものである。 〔従来技術と問題点〕 イオン伝導性は通常、液状塩溶液を通してのイ
オンの流れと関連している。イオン伝導体とし
て、すなわち乾電池バツテリ電解質として使用す
る多くの場合に、液状溶液は、その操作および封
入に伴う困難を減少させるため、ペーストまたは
ゲル化基質の形で固定され、あるいはセパレータ
の中に吸収される。しかし固定化の後でさえも、
この系は尚も漏れの可能性があり、塩の乾燥また
は再結晶の故に得られた貯蔵寿命を有し、また電
解質の液状範囲に対応する限られた温度範囲内に
おいてのみ使用する事ができる。更に、多量の固
定化物質を使用すれば、小型化の目的に沿わな
い。 液状系の欠点を克服するため、研究者は、常温
で固体であると共に一般に使用される液状系に近
いイオン伝導性を有する化合物を発見しようとし
て、多数の固体化合物を調査した。このような化
合物は、常温(20℃)において、0.5〜0.05ohm-1
cm-1の比コンダクタンスを有する塩水溶液に比べ
て、10-2〜10-15ohm-1cm-1の比コンダクタンスを
有する。 マイクロ電子回路設計の改良に伴つて、一般に
電子装置の電流要求量が低下してきた。またこの
事は、マイクロアンペア範囲の電流のみを発生す
る事のできる固体電解質電源の用途を拡大した。
このような固体電流質系は、液相および腐食現象
の不存在により電解質漏れと内部ガス発生の問題
を有しないという基本的利点がある。更に、この
種の電解質系は通常の液状電解質電源よりも遥か
に長い貯蔵寿命を有する。 グツトマンほか、J.Electrochem.Soc.、114、
323(1967)は、電子伝導性電荷移動錯化合物と、
特定の二価金属の負極とを使用した固状電池を開
示している。米国特許第3660163号は、リチウム
負極と、固状リチウムハロゲン化物電解質と、多
環式芳香族化合物、有機重合体、複素環窒素含有
化合物などの有機物質の導電性正極と、ヨウ素と
を使用した固状リチウム−ヨウ素一次電池を開示
している。米国特許第3660164号は、受容体成分
がハロゲンであり、供与体成分がハロゲンである
イオン移動型錯化合物を正極として使用した固状
電池を開示している。 米国特許第4377624号は、金属カルコゲナイド
のイオン−電子伝導率が常温で10-10
10-2ohm-1cm-1の範囲にある一種または複数の金
属カルコゲナイドを含む正極を開示している。 米国特許第4086404号は多孔性導電性基質の中
に挿入するための電極活物質の製造方法を記載し
ている。この引用文献に記載された活物質の例は
カルコゲナイト、すなわち鉄、コバルト、ニツケ
ル、銅、鉛、亜鉛、アンチモンおよびマンガンな
ど金属の酸化物、硫化物およびセレン化物を含
む。 米国特許第4385103号は、有機溶媒を使用する
電池について、Sb2S3を炭素質導体の物理的混合
物として正極を使用する方法を開示している。 米国特許第3959012号は固体電解質電池に適し
た正極を形成するため、Sb2S3などの金属カリコ
ゲナイドを金属ハロゲン化物と共に使用する方法
を開示している。 種々の電池系において使用するため当業界にお
いては種々の固体正極物質が挙げられているが、
本発明の目的は、米国特許第4331750号に記載の
P2S5・Li2S・LiIおよび米国特許第4465746号に記
載のようなLiI・Li2S・SiS2などの固体電解質を
使用する電池系において用いるための新規な電解
質を提供することである。これらの米国特許第
4331750号および4465746号の開示を引用として加
える。 本発明の他の目的は、正極がMoS3(三硫化モ
リブデン)を、MnO2(二酸化マンガン)およ
び/またはSb2O3(三硫化アンチモン)と共に含
有する固状電池系の固状正極を提供するにある。 前記の目的およびその他の目的は下記の説明か
ら更に明らかとなろう。 〔発明の概要〕 本発明は、負極、固体電解質、およびMnO2
Sb2S3およびその混合物から成るグループから選
ばれた物質と共にMoS3を含有する固体正極を使
用する固状電池に関するものである。 本発明において使用されるMoS3物質は好まし
くは無定形MoS3である。1,3ジオキソラン、
1,2−シメトキシエタン、3−メチル−2−オ
キサゾリドン、3,5−ジメチルイソキシアゾー
ル、およびLiCF3SO3添加塩の電解質と無定形
MoS3正極とを使用した正極限定リチウム・テス
ト電池を10キロオーム負荷を通して放電させた。
正極は電子活性であつて、1.2ボルト カツトオ
フまで、0.2mA/cm2で3電子MoS3準位の近くで
放電した。無定形MoS3の代わりに結晶性MoS3
を使用した対応の電池を製造し、負荷を通して放
電させたとき、この結晶性MoS3は非水性電池中
において非常に限られた電子活性を示した。従つ
て、無定形MoS3固状電解質系の中においてはる
かに性能がすぐれ、故に本発明は結晶性MoS3
りは無定形MoS3を使用するものである。 MoS3物質は業界公知のように(NH4)M0S4
(チオモリブデン酸アンモニウム)の熱分解によ
つて作られる。MoS3をMnO2および/または
Sb2S3と混合して均一混合物を作る。好ましくは
負極物質はある種の電解質、黒鉛、炭素などの導
電剤、テトロン(ポリテトラフルオロエチレンの
商標)、エチレンアクリル酸共重合体などの結合
剤と混合しなければならない。所望ならば、
TiS2(二硫化チタン)を、電気化学的活性を有す
ると共に導電剤、結合剤、または成形助剤として
役立つように正極に対して添加する事ができる。
このように、TiS2は正極の導電剤および/また
は結合剤として使用する事ができる。 本発明の固体正極と共に使用するに適した負極
物質は、リチウム、リチウム合金、銀、ナトリウ
ム、カリウム、およびルビジウムを含む。 本発明の固体正極と共に使用するに適した固体
電解質は、米国特許第4331750号に記載のガラス
質正極組成物、および米国特許第4465746号に記
載の組成物を含む。米国特許第4331750号に記載
の固体正極は下記の一般式を有する。 aP2S5、bLi2S、cLiX ここに、Xは塩素、臭素、またはヨウ素であ
り、cは0より大または0に等しく、 比率b/(a+b)は0.61と0.70との間にあ
り、比率c/(a+b+c)は、組成aP2S5
bLi2S中のLiXのガラス相溶解度に対応した限度
より大、またはこれと同等である。 米国特許第4465746号に開示された固体電解質
は、下記の一般式を有する。 SiS2、xLi2S、yLiI ここに、xは0.8〜1.5、 yは0〜約2、また ここに、前記組成物は25℃において少なくとも
0.75×10-4ohm-1cm-1の導率率を有する。 また本発明において使用するに適した固体電解
質は下記の組成の固体ガラス質リチウムカチオン
導体である。 aX、bLi2S、Y ここに、xはP2S5およびSiS2から成るグループ
から選ばれる。 aは約0.5〜約3、 bは0.25〜2、また、 YはLi2CO3、Li2O、LiOH、Li2SiO3、Li2SO4
およびLi4SiO4などの酸素含有リチウムであり、 ここに、この組成物は25℃において少なくとも
0.75×10-4ohm-1cm-1の導電率を有する。これら
の固体正極は、ジエイムス ロバート アクリツ
ジ名義で 年 月 日出額の同時係属出願第 号
に記載されている。この米国特願の開示を引用と
して加える。 本発明において使用するに適した他の固体電解
質は米国特許第4513070号に開示されたガラス物
質質であつて、これを引用として加える。固体電
解質を形成するガラス質物質は下記の一般式を有
する。 xAaRb−yNnRc−zNoYp ここに、AはSi、Ge、P、S、B、Nb、As、
V、CrまたはMo;RはO、SまたはSe;Nは
Li、Na、KはまたはAg、またYはI、Bi、Cl、
F、ClO4、CL3SO3、SCNまたはSO4であり、但
しこの化合物は少なくとも2つの塩NYを含有す
るものとする。a、b;m、c;n、pは対応の
グループの中の成分の化学量論的量に対応する指
数を表し、またx、y、zはその合計が1に等し
く、ガラス質物質のそれぞれ形成系、変形系およ
びドーピング系を成す化合物の全体モル分率に対
応する指数を表す。これらの指数の値は、与えら
れた物質のガラス質レンジと両立するものであ
る。 好ましい固体電解質は、2.5LiI・Li4P2S7
0.75LiI・Li2SiS3、0.1875Li2CO3・Li2SiS3
0.25LiBr・0.1875Li2CO3・Li2SiS3
0.375Li2CO3・Li2SiS3、0.75LiOH・Li2SiS3
0.5LiBr・0.375Li2CO3・Li2SiS3および
0.375Li2SiO2・Li2SiS3である。 ある種の型の固体電解質は本発明の固体正極と
共にうまく機能しないと考えられる。例えば、β
−Al2O3は、負極とこのβ−Al2O3との間に液状
合金金属または有機液状電解質層が使用されない
限り、常温で作動する電池の中に使用してはなら
ない(Solid Eelectrolytes、S.Geller編集、p.135
参照)。 本発明の電池の構成要素を組立てる際に、米国
特許第4477545号に開示されたアイソスタチツク
圧縮技術を使用する事が好ましい。この米国特許
をここに引用して加える。 実施例 数個の直径0.787インチ×高さ0.063インチのコ
イン電池を作つた。この電池は、2.5LiI・
Li4P2S7の固体電解質とリチウム負極と共に下記
の表に示した正極を有する。これらの電池は、表
に示す正極物質の組成以外はすべて同様に作られ
た。正極組成のMoS3成分が無定形である。各電
池は、米国特許第4477545号に記載のようにして、
電池Dについての5400psi以外は80000でアイソス
タチツク圧縮された。各電池に対するミリアンペ
ア時入力を計算し、表に示した。これらの電池
を、21℃で50キロオームを通して、あるいは32℃
で30キロオームを通して連続放電した。1.2ボル
ト カツトオフまでのミリアンペア時出力を観察
し、データを表に示した。各電池について正極出
力を正極入力で割つて100を掛けて正極利用率を
計算し、データを表に示した。
【表】 電池Aの正極組成(MnO2)を電池Bの正極組
成(MoS3)と結合し、テフロンを添加したと
き、表において電池Cの正極組成(MnO2
MoS3)が得られた。1.2ボルト・カツトオフまで
のミリアンペア時出力は、電池Bの7.3mAhから
電池Cの57.0mAhにまで増大した。この急激な
増大は、本発明により固体正極としてMnO2と無
定形MoS3との組合わせを使用した場合の相乗作
用を示している。同様に電池Bの正極組成
(MoS3)を電池Dの正極組成(Sb2S3)と結合し
て電池Eの正極組成(MoS3+Sb2S3)を生じた
場合、1.2ボルト・カツトオフまでのミリアンペ
ア時出力は、電池Dの21.4mAHから電池Eの
48.0mAhにまで増大した。この急激な増大は、
本発明による固体正極として無定形MoS3
Sb2S3との組合わせを使用して得られる相乗作用
を示している。電池Fは電池Eと同一であつた
が、32℃の温度で30キロオームを通して放電され
た。電池Fは高温で放電されたが、そのミリアン
ペア出力は電池Eの場合と同一であつた。 本発明は前記の説明のみに限定されるものでな
く、その主旨の範囲内において任意に変更実施で
きる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 負極と、固体電解質と、固体正極とを使用
    し、前記の固体正極は、MnO2、Sb2S3およびそ
    の混合物から成るグループから選ばれた物質と共
    にMoS3を含有する固状電池。 2 固体電極はMoS3とMnO2とを含有する特許
    請求の範囲第1項の固状電池。 3 固体電極はMoS3とSb2S3とを含有する特許
    請求の範囲第1項の固状電池。 4 固体電極に対して導電剤が添加されている特
    許請求の範囲第1項、第2項または第3項の固状
    電池。 5 固体電極に対して結合剤が添加されている特
    許請求の範囲第4項の固状電池。 6 負極は、リチウム、リチウム合金、ナトリウ
    ム、カリウム、ルビジウムおよび銀から成るグル
    ープから選ばれる特許請求の範囲第4項の固状電
    池。 7 固体電解質は、2.5LiI・Li4P2S7、0.75LiI・
    Li2SiS3、0.1875Li2CO3・Li2SiS3、0.25LiBr・
    0.1875Li2CO3・Li2SiS3、0.375Li2C・Li2SiS3
    0.75LiOH・Li2SiS3、0.5LiBr・0.375Li2CO3
    Li2SiS3および0.375Li2SiO3・Li2SiS3から成るグ
    ループから選ばれる特許請求の範囲第6項の固状
    電池。 7 負極は、リチウム、リチウム合金、ナトリウ
    ム、カリウム、ルビジウムおよび銀から成るグル
    ープから選ばれる特許請求の範囲第5項の固状電
    池。 9 固体電解質は、2.5LiI・Li4P2S7、0.75LiI・
    Li2SiS3、0.1875Li2CO3・Li2SiS3、0.25LiBr・
    0.1875Li2CO3・Li2SiS3、0.375Li2C・Li2SiS3
    0.75LiOH・Li2SiS3、0.5LiBr・0.375Li2CO3
    Li2SiS3および0.375Li2SiO3・Li2SiS3から成るグ
    ループから選ばれる特許請求の範囲第8項の固状
    電池。 10 負極はリチウムであり、固体電解質は
    2.5LiI・Li4P2S7である特許請求の範囲第2項の
    固状電池。 11 負極はリチウムであり、固体電解質は
    0.75LiI・Li2SiS3である特許請求の範囲第2項の
    固状電池。 12 負極はリチウムであり、固体電解質は
    2.5LiI・Li4P2S7である特許請求の範囲第3項の
    固状電池。 13 負極はリチウムであり、固体電解質は
    0.75LiI・Li2SiS3である特許請求の範囲第3項の
    固状電池。
JP61113832A 1985-06-28 1986-05-20 MnO↓2ないしSb↓2S↓3とMoS↓3の正極を用いる固状電池 Granted JPS628449A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US74971185A 1985-06-28 1985-06-28
US749711 1985-06-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS628449A JPS628449A (ja) 1987-01-16
JPH0570905B2 true JPH0570905B2 (ja) 1993-10-06

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ID=25014860

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JP61113832A Granted JPS628449A (ja) 1985-06-28 1986-05-20 MnO↓2ないしSb↓2S↓3とMoS↓3の正極を用いる固状電池

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EP (1) EP0205784A3 (ja)
JP (1) JPS628449A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101448897B1 (ko) * 2013-05-23 2014-10-13 광운대학교 산학협력단 정전기 방지 기능을 가진 led 조명기구용 폴리프로필렌계 광확산판

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EP0205784A3 (en) 1988-11-09
JPS628449A (ja) 1987-01-16
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