JPH06215770A - 非水電解質二次電池及びその負極活物質の製造方法 - Google Patents
非水電解質二次電池及びその負極活物質の製造方法Info
- Publication number
- JPH06215770A JPH06215770A JP5006167A JP616793A JPH06215770A JP H06215770 A JPH06215770 A JP H06215770A JP 5006167 A JP5006167 A JP 5006167A JP 616793 A JP616793 A JP 616793A JP H06215770 A JPH06215770 A JP H06215770A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- battery
- charge
- lithium
- discharge
- 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.)
- Granted
Links
- 239000011149 active material Substances 0.000 title abstract description 21
- DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N tungsten(iv) oxide Chemical compound O=[W]=O DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 25
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 claims description 13
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 abstract description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 abstract description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N Acrylic acid Chemical compound OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 25
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 14
- -1 TiS 2 Chemical class 0.000 description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 11
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 9
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 5
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 4
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 229910001148 Al-Li alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018871 CoO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017205 LixMn2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N methyl formate Chemical compound COC=O TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015044 LiB Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001091 LixCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014149 LixNiO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020050 NbSe3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 229910003092 TiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- YZSKZXUDGLALTQ-UHFFFAOYSA-N [Li][C] Chemical compound [Li][C] YZSKZXUDGLALTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940006487 lithium cation Drugs 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229920002627 poly(phosphazenes) Polymers 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000003115 supporting electrolyte Substances 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
れ、且つサイクル寿命の長い新規な非水電解質二次電池
及びその負極活物質の製造方法。 【構成】 負極と正極とリチウムイオン導電性の非水電
解質とから少なくとも成る非水電解質二次電池におい
て、負極活物質として、二酸化タングステンWO2を非
酸化性雰囲気中で400〜750℃の温度で熱処理して
得られる生成物を用いる。 【効果】 負極活物質の電位が低く卑であり、金属リチ
ウムに対して0〜2Vの卑な電位領域に於ける充放電容
量が大きく、かつ充放電時の分極(内部抵抗)が小さい
ため、高電圧高エネルギー密度で且つ大電流充放電特性
に優れると共に、過充電過放電による劣化が小さく、サ
イクル寿命の長い二次電池が得られる。
Description
能な物質を負極活物質とし、リチウムイオン導電性の非
水電解質を用いる非水電解質二次電池に関するものであ
り、特に、高電圧、高エネルギー密度で且つ充放電特性
が優れ、サイクル寿命の長い新規な二次電池を提供する
新規な負極活物質に関するものである。
電解質電池は、高電圧、高エネルギー密度で、かつ自己
放電が小さく長期信頼性に優れる等々の利点により、一
次電池としてはメモリーバックアップ用、カメラ用等の
電源として既に広く用いられている。しかしながら、近
年携帯型の電子機器、通信機器等の著しい発展に伴い、
電源としての電池に対し大電流出力を要求する機器が多
種多様に出現し、経済性と機器の小型軽量化の観点か
ら、再充放電可能で、かつ高エネルギー密度の二次電池
が強く要望されている。このため、高エネルギー密度を
有する前記非水電解質電池の二次電池化を進める研究開
発が活発に行われ、一部実用化されているが、エネルギ
ー密度、充放電サイクル寿命、信頼性等々まだまだ不十
分である。
極活物質としては、充放電反応の形態に依り下記の3種
のタイプのものが見い出されている。第1のタイプは、
TiS2,MoS2,NbSe3等の金属カルコゲン化物
や、MnO2,MoO3,V2O5,LiXCoO2,LiX
NiO2,LixMn2O4等の金属酸化物等々の様に、結
晶の層間や格子位置又は格子間隙間にリチウムイオン
(カチオン)のみがインターカレーション、デインター
カレーション反応等に依り出入りするタイプ。
ール、ポリパラフェニレン等の導電性高分子の様な、主
としてアニオンのみが安定にドープ、脱ドープ反応に依
り出入りするタイプ。第3のタイプは、グラファイト層
間化合物やポリアセン等の導電性高分子等々の様な、リ
チウムカチオンとアニオンが共に出入り可能なタイプ
(インターカレーション、デインターカレーション又は
ドープ、脱ドープ等)である。
質としては、金属リチウムを単独で用いた場合が電極電
位が最も卑であるため、上記の様な正極活物質を用いた
正極と組み合わせた電池としての出力電圧が最も高く、
エネルギー密度も高く好ましいが、充放電に伴い負極上
にデンドライトや不働体化合物が生成し、充放電による
劣化が大きく、サイクル寿命が短いという問題があっ
た。この問題を解決するため、負極活物質として(1)
リチウムとAl,Zn,Sn,Pb,Bi,Cd等の他
金属との合金、(2)WO2,MoO2,Fe2O3,Ti
S2 等の無機化合物やグラファイト、有機物を焼成して
得られる炭素質材料等々の骨格構造中にリチウムイオン
を吸蔵させた層間化合物あるいは挿入化合物、(3)リ
チウムイオンをドープしたポリアセンやポリアセチレン
等の導電性高分子等々のリチウムイオンを吸蔵放出可能
な物質を用いることが提案されている。
極活物質として上記の様な金属リチウム以外のリチウム
イオンを吸蔵放出可能な物質を用いた負極と、前記の様
な正極活物質を用いた正極とを組合せて電池を構成した
場合には、これらの負極活物質の電極電位が金属リチウ
ムの電極電位より貴であるため、電池の作動電圧が負極
活物質として金属リチウムを単独で用いた場合よりかな
り低下するという欠点がある。例えば、リチウムとA
l,Zn,Pb,Sn,Bi,Cd等の合金を用いる場
合には0.2〜0.8V、炭素−リチウム層間化合物で
は0〜1V、MoO2やWO2等のリチウムイオン挿入化
合物では0.5〜1.5V作動電圧が低下する。
なるため、体積当り及び重量当りの容量及びエネルギー
密度が著しく低下する。更に、上記の(1)のリチウム
と他金属との合金を用いた場合には、充放電時のリチウ
ムの利用効率が低く、且つ充放電の繰り返しにより電極
にクラックが発生し割れを生じる等のためサイクル寿命
が短いという問題があり、(2)のリチウム層間化合物
又は挿入化合物の場合には、過充放電により結晶構造の
崩壊や不可逆物質の生成等の劣化があり、又電極電位が
高い(貴な)ものが多い為、これを用いた電池の出力電
圧が低いという欠点があり、(3)の導電性高分子の場
合には、充放電容量、特に体積当りの充放電容量が小さ
いという問題がある。
構造を有する二酸化タングステンWO2は、リチウムを
吸蔵放出可能な正極活物質に対して(1)式 WO2+xLi++xe- ←→ LixWO2 (1) に示す電池反応をし、その電極電位は金属リチウムに対
し0.5〜1.0Vの比較的卑な電位を有し、且つ、充
放電に依りWO2 の1等量当り1等量のリチウムイオン
(x=1に相当)がインターカレーション、デインター
カレーション可能であり、1500mAh/cm3 以上
の理論容量密度が期待され、この種の二次電池の負極活
物質として特に有望な物質である。
WO2の場合にも、WO2の1等量あたり0.5等量以上
のリチウムイオンがインターカレーションすると相転移
して構造変化を生じるため、実用的な充放電電圧及び電
流密度に於て可逆的に充放電できる範囲、即ち有効充放
電容量が小さく、上記の理論容量の50%以下であり、
且つ電流が大きい程小さくなるという問題がある。又、
理論容量の50%以上の過充電をすると充放電容量の低
下が著しいという問題がある。更に、放電時の分極に依
る作動電圧の変化が大きいため、これを用いた電池の出
力電圧の低下が大きいという問題がある。尚、このWO
2を用いた電池については、J.J.Aubornand Y.L.Barberi
o,J.Electrochem.Soc.,134,638('87);D.W.Murphy,F.J.D
i Salvo,J.N.Carides,and J.V.Waszczak,Mater.Res.Bul
l.,13,1395('78)等の先行文献に記載されている。
且つ充放電特性が優れ、サイクル寿命の長い二次電池を
得るためには、リチウムに対する電極電位が低く(卑
な)、充放電時のリチウムイオンの吸蔵放出に依る結晶
構造の崩壊や不可逆物質の生成等の劣化が無く、かつ可
逆的にリチウムイオンを吸蔵放出できる量即ち有効充放
電容量のより大きい負極活物質が必要である。
題を解決するため、この種の電池の負極活物質として、
二酸化タングステンWO2を非酸化性雰囲気中で熱処理
して得られる生成物を用いることを提起するものであ
る。
ゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンまたは
窒素等の不活性ガス雰囲気中、真空中、減圧大気中また
は二酸化炭素CO2や希薄水素含有ガス等の弱還元性ガ
ス雰囲気中等々の様な、加熱により二酸化タングステン
WO2を酸化して三酸化タングステンWO3を生成しない
非酸化性雰囲気中で熱処理したものを負極活物質として
用いる。熱処理温度は、出発原料と熱処理雰囲気に依っ
ても異なるが、300〜750℃が良く、好ましくは4
00〜750℃、より好ましくは、500〜750゜C
の温度が良い。その理由は、300℃未満では充放電性
能向上への効果がほとんどなく、750℃以上では、昇
華温度800℃に近いため構造変化が大きく逆に充放電
性能が低下するためである。
WO2 の熱処理生成物は、これをそのままもしくは必要
により粉砕整粒や造粒等の加工を施した後に負極活物質
として用いることが出来る。一方正極活物質としては、
前述の様にTiS2,MoS2,NbSe3等の金属カル
コゲン化物や、MnO2,MoO3,V2O5,LiXCo
O2,LiXNiO2,LixMn2O4 等の金属酸化物、
ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレンポリ
アセン等の導電性高分子、及びグラファイト層間化合物
等々のリチウムイオン及び/又はアニオンを吸蔵放出可
能な各種の物質を用いることが出来る。特に、本発明に
依る二酸化タングステンWO2の熱処理生成物を負極活
物質とする負極は、金属リチウムに対する電極電位が低
く(卑)且つ2V以下の卑な領域の充放電容量が著しく
大きいという利点を有している為、前述の金属酸化物等
の様な金属リチウムに対する電極電位が3V以上、より
好ましくはV2O5、MnO 2、LiXCoO2、LixNi
O2やLixMn2O4等々の様な3.5Vもしくは4V以
上の高電位を有する(貴な)活物質を用いた正極と組み
合わせることにより高電圧高エネルギー密度でかつ充放
電特性の優れた二次電池が得られるので、特に好まし
い。
ン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、メチルフォーメイト、1,2−ジメト
キシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメ
チルフォルムアミド等の有機溶媒の単独又は混合溶媒に
支持電解質としてLiClO4,LiPF6,LiB
F4,LiCF3SO3 等のリチウムイオン解離性塩を溶
解した有機電解液、ポリエチレンオキシドやポリフォス
ファゼン架橋体等の高分子に前記リチウム塩を固溶させ
た高分子固体電解質あるいはLi3 N,LiI等の無機
固体電解質等々のリチウムイオン導電性の非水電解質で
あれば良い。
化性雰囲気中での熱処理生成物を負極活物質とする負極
は、非水電解質中に於てリチウム基準極(金属リチウ
ム)に対し少なくとも0〜3Vの電極電位の範囲で安定
に繰り返しリチウムイオンを吸蔵放出することが出来、
この様な電極反応により繰り返し充放電可能な二次電池
の負極として用いることが出来る。特にリチウム基準極
(金属リチウム)に対し0〜2Vの卑な電位領域におい
て、安定にリチウムイオンを吸蔵放出し繰り返し充放電
できる高容量の充放電領域を有する。又、従来この種の
電池の負極活物質として用いられてきた非酸化性雰囲気
中で熱処理していない二酸化タングステンWO2 と比べ
可逆的にリチウムイオンを吸蔵放出できる量即ち有効充
放電容量が著しく大きく、かつ充放電の分極が小さいた
め、大電流での充放電が可能であり、更に過充電過放電
による不可逆物質の生成等の劣化が殆ど見られず、極め
て安定でサイクル寿命の長い二次電池を得ることが出来
る。
は必ずしも明らかではないが、次の様に推定される。即
ち、本発明による新規な負極活物質である二酸化タング
ステンWO2 の熱処理生成物は、非酸化性雰囲気中での
熱処理により、表面状態及び、内部構造が変化し、この
構造中でのリチウムイオンの移動度が高く、且つ、リチ
ウムイオンを吸蔵できるサイトが非常に多いためリチウ
ムイオンの吸蔵放出が容易であり、相変化を生じにくい
為と推定される。
明する。
の負極活物質の性能評価に用いたテストセルの一例を示
すコイン型電池の断面図である。図において、1は対極
端子を兼ねる対極ケースであり、外側片面をNiメッキ
したステンレス鋼製の板を絞り加工したものである。2
はステンレス鋼製のネットから成る対極集電体であり対
極ケース1にスポット溶接されている。対極3は、所定
厚みのアルミニウム板を直径15mmに打ち抜き、対極
集電体2に固着し、その上に所定厚みのリチウムフォイ
ルを直径14mmに打ち抜いたものを圧着したものであ
る。7は外側片面をNiメッキしたステンレス鋼製の作
用極ケースであり、作用極端子を兼ねている。5は後述
の本発明に依る負極活物質又は従来法に依る比較活物質
を用いて構成された作用極であり、ステンレス鋼製のネ
ットからなる作用極集電体6と一体に加圧成形されてい
る。4はポリプロピレンの多孔質フィルムからなるセパ
レータであり、電解液が含浸されている。8はポリプロ
ピレンを主体とするガスケットであり、対極ケース1と
作用極ケース7の間に介在し、対極と作用極との間の電
気的絶縁性を保つと同時に、作用極ケース開口縁が内側
に折り曲げられカシメられることに依って、電池内容物
を密封、封止している。電解質はプロピレンカーボネー
トと1,2−ジメトキシエタンの体積比1:1混合溶媒
に過塩素酸リチウムLiClO4 を1モル/l溶解した
ものを用いた。電池の大きさは、外径20mm、厚さ
1.6mmであった。
純度99.9%の二酸化タングステンWO2 を窒素ガス
気流中700゜Cの温度で12時間熱処理し、冷却後、
粒径53μm以下に粉砕整粒した。この様にして得られ
た生成物を本発明に依る活物質aとし、これに導電剤と
してグラファイトを、結着剤として架橋型アクリル酸樹
脂等を重量比30:65:5の割合で混合して作用極合
剤とし、次にこの作用極合剤をステンレス鋼製のネット
からなる作用極集電体6と共に2ton/cm 2 で直径
15mm厚さ0.5mmのペレットに加圧成形した後、
200℃で12時間減圧加熱乾燥したものを作用極とし
た。
質aの代わりに、上記の市販の二酸化タングステンWO
2 をそのまま活物質bとして、また導電剤に用いたと同
じグラファイトを活物質cとしてそれぞれ作用極の活物
質として用いた他は、上記の本発明の作用極の場合と同
様にして、同様な電極(比較用作用極)を作成した。
週間放置エージングされた後、後述の充放電試験が行わ
れた。このエージングによって、対極のリチウム−アル
ミニウム積層電極は電池内で非水電解液に触れることに
より十分合金化が進行し、リチウムフォイルは実質的に
全てLi−Al合金となるため、電池電圧は、対極とし
て金属リチウムを単独で用いた場合に比べて約0.4V
低下した値となって安定した。
ぞれの使用した作用極の活物質a,b及びcに対応し、
それぞれ電池A,B及びCと略記する。これらの電池
A,B及びCを0.4mAの定電流で、充電(電解質中
から作用極にリチウムイオンが吸蔵される電池反応をす
る電流方向)の終止電圧−0.4V、放電(作用極から
電解質中へリチウムイオンが放出される電池反応をする
電流方向)の終止電圧2.5Vの条件で充放電サイクル
を行ったときの3サイクル目の放電特性を図2に、充電
特性を図3に示した。又、サイクル特性を図4に示し
た。
た。図2及び図3から明らかな様に、本発明による電池
Aは比較電池B,Cに比べ、充放電容量が著しく大き
く、充放電の可逆領域が著しく拡大することが分かる。
又、全充放電領域に渡って充電と放電の作動電圧の差が
著しく小さくなっており、電池の分極(内部抵抗)が著
しく小さく、大電流充放電が容易なことが分かる。更
に、図4から充放電の繰り返しによる放電容量の低下
(サイクル劣化)が著しく小さいことが分かる。即ち、
充電に依って対極のLi−Al合金から電解質中にリチ
ウムイオンが放出され、このリチウムイオンが電解質中
を移動して本発明の二酸化タングステンWO2 の熱処理
生成物から成る活物質aと電極反応し、活物質a中に電
気化学的にリチウムイオンが吸蔵される。次に放電に際
しては、この熱処理生成物からリチウムイオンが電解質
中に放出され、電解質中を移動して対極のLi−Al合
金中に吸蔵されることに依り安定に繰り返し充放電でき
る。
て用いる二酸化タングステンWO2 の熱処理を種々の温
度で行い比較した場合である。作用極5を構成する活物
質以外は、全て実施例1と同様にして同様な電池を作製
した。
にして作製した。市販の純度99.9%の二酸化タング
ステンWO2 を窒素ガス気流中で所定の温度で12時間
熱処理し、冷却後、粒径53μm以下に粉砕整粒した。
この様にして得られた生成物を本発明に依る活物質とし
て用いた。本実施例では、熱処理温度が300℃(a
1)、400℃(a2)、500℃(a3)、600℃
(a4)、700℃(a5)、750℃(a6)の6種
類のものを作製した。又、比較のため、活物質として実
施例1で用いたと同じ活物質b及び活物質cを用いた。
作用極に使用した活物質a1、a2、a3、a4、a
5、a6、b及びcに対応し、電池A1、A2、A3、
A4、A5、A6、B及びCと略記する。この様にして
得られた電池A1、A2、A3、A4、A5、A6、B
及びCについても実施例1と同様な充放電サイクル試験
を行った。この時の各サイクル毎の放電容量(サイクル
特性)を図5に示した。図5から明らかな様に、本発明
による電池A1、A2、A3、A4、A5、A6、は比
較電池B及びCに比べ、放電容量が著しく大きく、充放
電の可逆領域が著しく拡大することが分かる。又、充放
電の繰り返しによる放電容量の低下(サイクル劣化)が
著しく小さい。更に、本実施例の電池A1、A2、A
3、A4、A5、A6、においても、実施例1の本発明
に依る電池Aと同様に全充放電領域に渡って充電と放電
の作動電圧の差が著しく小さくなっており、電池の分極
(内部抵抗)が著しく小さく、大電流充放電が容易な結
果が得られた。
は、必ずしも明らかではないが、次のように推定され
る。即ち、上述の様に本発明に依る電池A1〜A6の作
用極の活物質である二酸化タングステンの熱処理生成物
に於いては、非酸化性雰囲気中での熱処理により、表面
状態及び内部構造が変化するため、この構造中でのリチ
ウムイオンの移動度が高く、且つ、リチウムイオンの吸
蔵放出に伴う構造変化が小さく安定なため、リチウムイ
オンの吸蔵放出が容易である為と推定される。
ウム−アルミニウム合金の場合のみを示したが、本発明
は実施例に限定されず、前述の様に、TiS2,Mo
S2,NbSe3等の金属カルコゲン化物、MnO2,M
oO3,V2O5,LiXCoO2,LiXNiO2,LixM
n2O4 等の金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロー
ル、ポリパラフェニレン、ポリアセン等の導電性高分
子、グラファイト層間化合物等々の様なリチウムカチオ
ン及び/またはアニオンを吸蔵放出可能な物質を活物質
とする正極を対極として、本発明に依る負極活物質を用
いた負極と組合わせて用いることが出来ることは言うま
でもない。
質二次電池の負極活物質として、二酸化タングステンW
O2 を非酸化性雰囲気中で熱処理して得られる生成物か
ら成る新規な活物質を用いたものであり、該負極活物質
は従来の熱処理していない二酸化タングステンWO2 に
比べリチウム基準極(金属リチウム)に対し0〜2Vの
卑な電位領域に於て、充放電により可逆的にリチウムイ
オンを吸蔵放出出来る量即ち充放電容量が著しく大き
く、かつ充放電の分極が小さいため、高電圧・高エネル
ギー密度で且つ大電流での充放電特性が優れた二次電池
を得ることが出来る。又、充電放電の繰り返しによる放
電容量の減少等の劣化が殆ど見られず、極めて安定でサ
イクル寿命の長い二次電池を得ることが出来る等々優れ
た効果を有する。
した説明図である。
放電特性の比較を示した説明図である。
充電特性の比較を示した説明図である。
比較を示した説明図である。
クル特性への効果を示した説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 負極と正極とリチウムイオン導電性の非
水電解質とから少なくとも成る非水電解質二次電池にお
いて、負極活物質として、二酸化タングステンWO2を
非酸化性雰囲気中で熱処理して得られる生成物を用いた
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項2】 二酸化タングステンWO2 を窒素、アル
ゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガス雰囲気中又は減
圧空気中で、400〜750゜Cの温度で熱処理するこ
とを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用
負極活物質の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00616793A JP3390195B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | 非水電解質二次電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00616793A JP3390195B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | 非水電解質二次電池およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06215770A true JPH06215770A (ja) | 1994-08-05 |
| JP3390195B2 JP3390195B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=11630984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00616793A Expired - Fee Related JP3390195B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | 非水電解質二次電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3390195B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001020695A1 (en) * | 1999-09-15 | 2001-03-22 | Imra America, Inc. | Electrode composition comprising doped tungsten oxides and method of preparation |
| CN100431204C (zh) * | 2005-09-22 | 2008-11-05 | 松下电器产业株式会社 | 负极和使用该负极制备的锂离子二次电池 |
| JP2011124118A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| CN106532189A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-03-22 | 厦门华戎能源科技有限公司 | 一种纳米碳晶加热电池 |
| CN110352533A (zh) * | 2017-05-25 | 2019-10-18 | 株式会社东芝 | 蓄电单元及蓄电系统 |
| WO2024053143A1 (ja) * | 2022-09-05 | 2024-03-14 | 株式会社日立ハイテク | 電池管理装置、電池管理方法、電池管理プログラム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3410731A (en) | 1966-01-03 | 1968-11-12 | Standard Oil Co | Tungsten oxide-containing composite electrode |
-
1993
- 1993-01-18 JP JP00616793A patent/JP3390195B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001020695A1 (en) * | 1999-09-15 | 2001-03-22 | Imra America, Inc. | Electrode composition comprising doped tungsten oxides and method of preparation |
| US6291100B1 (en) | 1999-09-15 | 2001-09-18 | Irma America, Inc. | Electrode composition comprising doped tungsten oxides and electrochemical cell comprising same |
| KR100724814B1 (ko) * | 1999-09-15 | 2007-06-04 | 아이엠알에이 아메리카, 인코포레이티드. | 도프된 텅스텐 옥사이드를 포함한 전극조성물과 그 제조방법 |
| CN100431204C (zh) * | 2005-09-22 | 2008-11-05 | 松下电器产业株式会社 | 负极和使用该负极制备的锂离子二次电池 |
| JP2011124118A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| CN106532189A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-03-22 | 厦门华戎能源科技有限公司 | 一种纳米碳晶加热电池 |
| CN110352533A (zh) * | 2017-05-25 | 2019-10-18 | 株式会社东芝 | 蓄电单元及蓄电系统 |
| WO2024053143A1 (ja) * | 2022-09-05 | 2024-03-14 | 株式会社日立ハイテク | 電池管理装置、電池管理方法、電池管理プログラム |
| JP2024035923A (ja) * | 2022-09-05 | 2024-03-15 | 株式会社日立製作所 | 電池管理装置、電池管理方法、電池管理プログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3390195B2 (ja) | 2003-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3079343B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| JP3010226B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| JP3008228B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその負極活物質の製造方法 | |
| JP2997741B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| WO1997001193A1 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2000195516A (ja) | リチウム二次電池 | |
| US6291100B1 (en) | Electrode composition comprising doped tungsten oxides and electrochemical cell comprising same | |
| JP3169102B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP4724911B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2000348722A (ja) | 非水電解質電池 | |
| JP2887632B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP3650548B2 (ja) | 電極活物質及びその電極活物質を用いた非水電解質二次電池 | |
| JP3390195B2 (ja) | 非水電解質二次電池およびその製造方法 | |
| JP3079344B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| JP3060077B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその活物質の製造方法 | |
| JPH06275265A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JPH0696759A (ja) | 非水電解質二次電池及びそれに用いる活物質の製造方法 | |
| JP3076887B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| JPH1050312A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP3354611B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| JP3081981B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| JP3013209B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその負極活物質の製造方法 | |
| JP3447187B2 (ja) | 非水電解質電池およびその製造方法 | |
| JP2975727B2 (ja) | 非水電解液電池 | |
| JP3663694B2 (ja) | 非水電解液二次電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100117 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100117 Year of fee payment: 7 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110117 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110117 Year of fee payment: 8 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110117 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120117 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |