JPH08180875A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH08180875A
JPH08180875A JP6335905A JP33590594A JPH08180875A JP H08180875 A JPH08180875 A JP H08180875A JP 6335905 A JP6335905 A JP 6335905A JP 33590594 A JP33590594 A JP 33590594A JP H08180875 A JPH08180875 A JP H08180875A
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JP
Japan
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secondary battery
lithium secondary
positive electrode
lithium
negative electrode
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JP6335905A
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English (en)
Inventor
Akihiko Murakami
彰彦 村上
Seiji Yasui
政治 安井
Takashi Kitayama
高志 北山
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Aichi Steel Corp
Original Assignee
Aichi Steel Corp
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Publication date
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    • 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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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電平均電位が高い,高出力密度のリチウム
二次電池を提供すること。 【構成】 リチウム,リチウム合金,もしくはリチウム
イオンを吸蔵・放出できる炭素体からなる負極3と,正
極2と,両者間に介設されるセパレータ4と,非水電解
液5とを有する。正極活物質は,Lix Tiy O4 (こ
こに,0<x≦2,1<y≦3),もしくはLia Ti
b Mc O4 (ここに,0<a≦2,0<b≦3,0<c
≦3)で表され,上記Mは,例えばMn,Fe,Cr,
Ni,Co,Mg,Bのうちから選択される少なくとも
一種の元素である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,リチウムを吸蔵・放出
できる正極及び負極を用いたリチウム二次電池に関す
る。
【0002】
【従来技術】種々の二次電池のうち,特にリチウム二次
電池は,電圧が高いうえ,高いエネルギー密度を有して
いる。そのため,多くの分野において有望な二次電池と
して期待されている。従来のリチウム二次電池として
は,正極活物質にLiCoO2 ,LiNiO2,LiM
n2 O4 等の金属酸化物を,負極活物質にリチウム金
属,リチウム合金,もしくはリチウムイオンを吸蔵・放
出可能な炭素体を用いたものがある(例えば特開昭63
−114065号)。
【0003】
【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来のリ
チウム二次電池においては,次の問題がある。即ち,従
来の正極活物質を用いたリチウム二次電池は,ニッケル
・カドミウム電池と比較して,出力密度が低い。そのた
め,例えば,電気自動車等のように高い出力密度を必要
とする製品への適用が難しい。なお,出力密度とは,単
位重量当たりの電力量をいい,放電平均電位を高くする
ことによりこれを高くすることができる。本発明は,か
かる従来の問題点に鑑みてなれたもので,放電平均電位
が高い,高出力密度のリチウム二次電池を提供しようと
するものである。
【0004】
【課題の解決手段】本発明は,リチウム,リチウム合
金,もしくはリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素体
からなる負極と,正極と,両者間に介設されるセパレー
タと,非水電解液とを有するリチウム二次電池におい
て,正極活物質は,Lix Tiy O4 (ここに,0<x
≦2,1<y≦3),もしくはLia Tib Mc O
4 (ここに,0<a≦2,0<b≦3,0<c≦3)で
表され,上記Mは,Mn,Fe,Cr,Ni,Co,M
g,Bのうちから選択される少なくとも一種の元素であ
ることを特徴とするリチウム二次電池にある。
【0005】本発明において最も注目すべきことは,正
極活物質は,上記Lix Tiy O4,もしくは上記Li
a Tib Mc O4 で表され,上記Mは,Mn,Fe,C
r,Ni,Co,Mg,Bのうちから選択される少なく
とも一種の元素であることにある。
【0006】また,上記Lia Tib Mc O4 における
Mに用いる元素は,1種類である場合に限らず,2種以
上にすることもできる。この場合,Mを構成する元素の
総和量の割合が上記組成式Lia Tib Mc O4 におけ
るcとなる。即ち,例えばMが2種類(M1,M2とす
る)の元素よりなる場合においては,上記組成式Lia
Tib Mc O4 は,Lia Tib (M1d M2e )c O
4 (ここに,d+e=1)により表される。その他,M
が3種以上の元素よりなる場合においても,同様であ
る。
【0007】また,上記組成式Lix Tiy O4 におい
て,xが2を越える場合においては,複合酸化物が安定
的に得られなくなり,サイクル特性が悪くなるという問
題がある。また,yが1未満の場合には,安定したスピ
ネル構造が得られなくなり,電池容量が低下するという
問題があり,1.5以上が好ましい。また,yが3を越
える場合には,安定したスピネル構造が得られなくな
り,電池容量が低下するという問題があり,2.5以下
が好ましい。
【0008】また,上記組成式Lia Tib Mc O4 に
おいて,aが2を越える場合においては,上記xが2を
越える場合と同様に,複合酸化物が安定的に得られなく
なり,サイクル特性が悪くなるという問題がある。ま
た,bが3を越える場合には,上記yが3を越える場合
と同様に,安定したスピネル構造が得られなくなり,電
池容量が低下するという問題があり,2.5以下が好ま
しい。また,cが3を越える場合には,上記bが3を越
える場合と同様に,安定したスピネル構造が得られなく
なり,電池容量が低下するという問題があり,2.5以
下が好ましい。
【0009】また,上記セパレータとしては,ポリプロ
ピレンの多孔質フィルム等がある。そして,上記セパレ
ータに含浸させる非水電解液としては,非水溶媒に適量
の電解質を溶解したものがある。上記非水溶媒として
は,エチレンカーボネート,ジエチルカーボネート,プ
ロピレンカーボネート,ブチレンカーボネート,テトラ
ヒドロフラン,2−メチルテトラヒドロフラン,ジメト
キシエタン,ジオキソラン及びγ−ブチロラクトンから
選ばれた1種又は2種以上の溶媒が好適である。また,
上記電解質としては,LiPF6 ,LiClO4 ,Li
BF4 ,LiASF6 等がある。
【0010】
【作用および効果】本発明のリチウム二次電池において
は,上記正極活物質は,上記特定の組成により表される
物質を用いている。そのため,本発明のリチウム二次電
池は,従来よりも高い出力密度,即ち,ニッケル・カド
ミウム電池と同程度の高い出力密度を発揮することがで
きる。従って,本発明によれば,放電平均電位が高い,
高出力密度のリチウム二次電池を提供することができ
る。
【0011】
【実施例】
実施例1 本発明の実施例にかかるリチウム二次電池につき,図
1,図2を用いて説明する。本例のリチウム二次電池1
0は,図1に示すごとく,リチウムからなる負極3と,
正極2と,両者間に介設されるセパレータ4と,非水電
解液5とを有する。また,正極活物質は,Li1 Ti2
O4 で表される物質を用いた。
【0012】また,上記リチウム二次電池10は,以下
の手順により作製した。まず,ステンレス鋼製のネット
からなる正極集電体22をスポット溶接した正極ケース
25と,同じくステンレス鋼製のネットからなる負極集
電体32をスポット溶接した負極ケース35を準備す
る。上記正極ケース25及び負極ケース35は,共にス
テンレス鋼製の板を絞り加工したものであり,それぞれ
正極端子及び負極端子を兼ねるものである。
【0013】次いで,負極3は,厚み0.5mm,直径
15mmのリチウムを上記負極集電体32に圧着したも
のを用いる。また,上記正極集電体22に圧着成形させ
る正極2は以下の手順により作製する。
【0014】まず,二酸化チタンと炭酸リチウムとから
なる出発原料を,生成物のLix Ti2 O4 におけるx
が1となるような組成に調合し,十分に粉砕混合する。
次いで,上記Li1 Ti2 O4 よりなる混合物と,導電
剤としての黒鉛粉末と,結着剤としてのポリテトラフル
オロエチレン粉末とを,重量比65:30:5の割合で
混合して正極合剤とする。次いで,この正極合剤を,上
記正極集電体22に圧着成形することによって,正極2
を得る。
【0015】次いで,正極2と負極3との間に後述する
非水電解液5を含浸させたセパレータ4を介設すると共
に,ポリプロピレンを主体とするガスケット6を介して
上記正極ケース25と負極ケース35とを組み合わせ
る。そして,正極ケース25の開口縁部を内側に折り曲
げてかしめることにより,内容物を密封,閉止する。こ
れにより,外径20mm,厚さ2.5mmのコイン型の
リチウム二次電池10を得る。
【0016】なお,上記非水電解液5としては,エチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:
1の割合で混合した非水溶媒に,LiPF6 を1モル/
リットル溶解させたものを用いた。また,上記セパレー
タ4としては,ポリプロピレンの多孔質フィルムを用い
た。
【0017】次に,本例のリチウム二次電池10の充放
電試験結果について,図2を用いて説明する。充放電試
験の条件としては,室温において,1mAの定電流によ
る充電と,1mAの定電流による放電を繰り返した。ま
た充電上限電圧は5.2V(図2,A),放電下限電圧
は3.5V(図2,C)とした。
【0018】試験の結果得られた充放電特性を図2に示
す。図2より知られるごとく,本例のリチウム二次電池
10は,放電平均電位が4.5Vという高電位の放電特
性を有することが判る。即ち,図2に示すごとく,放電
開始時の電位5V(図2,B)と,放電終了時の電位
3.5V(図2,C)の平均が4.5Vという高電位と
なった。また,図2に示すごとく,優れた再現性が得ら
れた。
【0019】次に本例の作用効果につき説明する。本例
のリチウム二次電池10においては,上記正極活物質
は,上記特定の組成により表される物質を用いている。
そのため,本例のリチウム二次電池10は,従来よりも
高い出力密度,即ち,ニッケル・カドミウム電池と同程
度の高い出力密度を発揮することができる。
【0020】実施例2 本例のリチウム二次電池においては,実施例1の正極活
物質としてのLi1 Ti2 O4 に代えて,Li1.7 Ti
2 O4 を用いた。このLi1.7 Ti2 O4 は,二酸化チ
タンと炭酸リチウムを出発物質として用いて,上記組成
になるように,実施例1と同様の手法により作製した。
その他は,実施例1と同様である。
【0021】本例のリチウム二次電池について,実施例
1と同様の条件により充放電試験を行った。その結果,
図3より知られるごとく,放電平均電位が4.5Vを示
す高い放電特性を有することが判った。その他,実施例
1と同様の効果が得られる。
【0022】実施例3 本例のリチウム二次電池においては,実施例1の正極活
物質としてのLi1 Ti2 O4 に代えて,Li2 Ti2
O4 を用いた。このLi2 Ti2 O4 は,二酸化チタン
と炭酸リチウムを出発物質として用いて,上記組成にな
るように,実施例1と同様の手法により作製した。その
他は,実施例1と同様である。
【0023】本例のリチウム二次電池について,実施例
1と同様の条件により充放電試験を行った。その結果,
図4より知られるごとく,放電平均電位が4.5Vを示
す高い放電特性を有することが判った。その他,実施例
1と同様の効果が得られる。
【0024】実施例4 本例のリチウム二次電池においては,実施例1の正極活
物質としてのLi1 Ti2 O4 に代えて,Li1 Ti
0.9 Mn1.1 O4 を用いた。このLi1 Ti0.9Mn
1.1 O4 は,二酸化チタン,二酸化マンガン,及び炭酸
リチウムを出発物質として用いて,上記組成になるよう
に,実施例1と同様の手法により作製した。その他は,
実施例1と同様である。
【0025】本例のリチウム二次電池について,実施例
1と同様の条件により充放電試験を行った。その結果,
図5より知られるごとく,放電平均電位が4.5Vを示
す高い放電特性を有することが判った。その他,実施例
1と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のリチウム二次電池の断面図。
【図2】実施例1のリチウム二次電池にかかる充放電特
性の説明図。
【図3】実施例2のリチウム二次電池にかかる充放電特
性の説明図。
【図4】実施例3のリチウム二次電池にかかる充放電特
性の説明図。
【図5】実施例4のリチウム二次電池にかかる充放電特
性の説明図。
【符号の説明】
10...リチウム二次電池, 2...正極, 22...正極集電体, 25...正極ケース, 3...負極, 32...負極集電体, 35...負極ケース, 4...セパレータ, 5...非水電解液, 6...ガスケット,

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム,リチウム合金,もしくはリチ
    ウムイオンを吸蔵・放出できる炭素体からなる負極と,
    正極と,両者間に介設されるセパレータと,非水電解液
    とを有するリチウム二次電池において,正極活物質は,
    Lix Tiy O4 (ここに,0<x≦2,1<y≦
    3),もしくはLia Tib Mc O4 (ここに,0<a
    ≦2,0<b≦3,0<c≦3)で表され,上記Mは,
    Mn,Fe,Cr,Ni,Co,Mg,Bのうちから選
    択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする
    リチウム二次電池。
JP6335905A 1994-12-24 1994-12-24 リチウム二次電池 Pending JPH08180875A (ja)

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