JPH0878019A - 非水電解質電池 - Google Patents

非水電解質電池

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JPH0878019A
JPH0878019A JP6238341A JP23834194A JPH0878019A JP H0878019 A JPH0878019 A JP H0878019A JP 6238341 A JP6238341 A JP 6238341A JP 23834194 A JP23834194 A JP 23834194A JP H0878019 A JPH0878019 A JP H0878019A
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JP
Japan
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lithium
positive electrode
iron oxide
containing iron
surface area
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JP6238341A
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English (en)
Inventor
Mikiya Yamazaki
幹也 山崎
Mayumi Uehara
真弓 上原
Yoshihiro Shoji
良浩 小路
Koji Nishio
晃治 西尾
Toshihiko Saito
俊彦 斎藤
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能
な物質又は金属リチウムを負極材料とする負極と、組成
式Lix FeOy (0<x≦1.5、1.8<y<2.
2)で表されるリチウム含有鉄酸化物を正極活物質とす
る正極とを備えた非水電解質電池において、前記リチウ
ム含有鉄酸化物のBET法による比表面積が0.5〜2
0.5m2 /gである。 【効果】正極活物質として特定の平均粒径又は比表面積
を有するリチウム含有鉄酸化物が使用されているので、
実用可能な程度の大きさの放電容量を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解質電池に係わ
り、詳しくは正極活物質として安価なリチウム含有鉄酸
化物を使用し、しかも放電容量の大きい非水電解質電池
を得ることを目的とした、リチウム含有鉄酸化物の改良
に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
非水電解質電池の正極活物質の一つとして、組成式Li
x FeOy (0<x≦1.5、1.8<y<2.2)で
表されるリチウム含有鉄酸化物が、LiCoO2 、Li
NiO2 などに比べて原料コストが安いことから、見直
されつつある。而して、従来は、リチウム含有鉄酸化物
として、比表面積のかなり大きいもの(21m2 /g以
上のもの)が使用されていた。しかし、かかるリチウム
含有鉄酸化物を正極活物質として使用した従来の非水電
解質電池には、正極活物質の単位重量当たりの放電容量
が20〜30mAh/g程度と極めて小さいため、実用
化し得ないという問題があった。
【0003】本発明は、この問題を解決するべくなされ
たものであって、その目的とするところは、実用可能な
程度に大きな放電容量を有するリチウム含有鉄酸化物を
正極活物質とする正極を備えた非水電解質電池を提供す
るにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る非水電解質電池(以下、「本発明電池」
と称する。)は、リチウムイオンを吸蔵及び放出するこ
とが可能な物質又は金属リチウムを負極材料とする負極
と、組成式Lix FeOy (0<x≦1.5、1.8<
y<2.2)で表されるリチウム含有鉄酸化物を正極活
物質とする正極とを備えた非水電解質電池において、前
記リチウム含有鉄酸化物のBET法による比表面積が
0.5〜20.5m2 /gであることを特徴とする。
【0005】BET(Brunauer-Emmett-Teller)法と
は、吸着等温線上で単分子層吸着量を求め、吸着分子の
断面積から表面積を決定して比表面積を算出する方法で
ある。
【0006】本発明におけるリチウム含有鉄酸化物の比
表面積が0.5〜20.5m2 /gに限定されるのは、
後述する実施例に示すように、比表面積がこの範囲にあ
るものを使用した場合に大きな放電容量が得られるから
である。好適な比表面積は、12〜20m2 /gであ
る。
【0007】比表面積が0.5〜20.5m2 /gのリ
チウム含有鉄酸化物の平均粒径は、0.4〜10μmで
あり、また比表面積が12〜20m2 /gのリチウム含
有鉄酸化物の平均粒径は、0.5〜3μmである。
【0008】上記平均粒径は、各粒子を球状と見做して
レーザー回折法により求められる50%体積基準の平均
粒径である。
【0009】比表面積が大きくなるほど、すなわち平均
粒径が小さくなるほど、単位重量当たりの非水電解液と
の反応面積が大きくなるので、大きな放電容量が得られ
ると思われがちであるにもかかわらず、何故比表面積が
20.5m2 /gを超えた場合、すなわち平均粒径が
0.4μm未満の場合に放電容量が小さくなるのかにつ
いては、本発明者らにおいても必ずしも明らかではない
が、比表面積が20.5m2 /gを超えて大きくなり過
ぎると(すなわち平均粒径が0.4μm未満と小さくな
り過ぎると)、リチウム含有鉄酸化物と電解液とが反応
して電解液が分解するためと推察される。
【0010】本発明におけるリチウム含有鉄酸化物は、
例えば、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と酸化鉄(III)
(Fe2 O3 )とを、所定のモル比で混合した後、空気
中で加熱処理したものを、さらにその比表面積が0.5
〜20.5m2 /g、すなわち平均粒径が0.4〜10
μmの範囲内となるように粉砕することにより得られ
る。
【0011】本発明における正極は、例えば、比表面積
又は平均粒径が特定の範囲内にあるリチウム含有鉄酸化
物と、アセチレンブラック、カーボンブラック等の導電
剤と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ
フッ化ビニリデン(PVdF)等の結着剤とを、通常、
重量比80〜90:5〜15:4〜15で混合して正極
合剤とした後、所定の圧力(通常、0.5〜2.5トン
/cm2 )で加圧成型することにより作製される。
【0012】本発明における負極材料は、リチウムイオ
ンを吸蔵及び放出することが可能な物質又は金属リチウ
ムである。リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可
能な物質としては、Li−Al合金、Li−Sn合金、
Li−Pb合金等のリチウム合金;黒鉛、コークス等の
炭素材料;リチウム・ニオブ複合酸化物、リチウム・チ
タン複合酸化物等の正極に対して低い電位を示す金属酸
化物が例示される。炭素材料などの粉体は、例えば、こ
れと、結着剤と、必要に応じて加えられる導電剤とを、
通常、重量比80〜90:6〜15:4〜10程度で混
合して負極合剤として使用される。
【0013】上述の如く、本発明は、正極活物質とし
て、特定範囲の比表面積又は平均粒径を有するリチウム
含有鉄酸化物を使用した点に特徴を有する。それ故、非
水電解質、セパレータ(液体電解質を使用する場合)な
どの電池を構成する他の部材については、従来、非水電
解質電池用として実用され、あるいは提案されている種
々の材料を使用することができる。
【0014】例えば、非水電解質の溶媒としては、エチ
レンカーボネート、ビニレンカーボネート、プロピレン
カーボネートなどの有機溶媒や、これらとジエチルカー
ボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシ
エタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシ
エタンなどの低沸点溶媒との混合溶媒が例示される。ま
た、固体電解質を用いることも可能である。
【0015】
【作用】本発明電池においては、特定の比表面積又は平
均粒径を有するリチウム含有鉄酸化物が正極活物質とし
て使用されているので、正極のリチウムイオンの吸蔵及
び放出量が多い。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。
【0017】(実施例1) 〔正極の作製〕炭酸リチウム(Li2 CO3 )と酸化鉄
(III) (Fe2 O3 )とを、モル比1:1で混合した
後、空気中において850°Cで20時間加熱処理し
て、塊状のLiFeO2 (リチウム含有鉄酸化物)を得
た。
【0018】このLiFeO2 を石川式らいかい乳鉢で
8時間粉砕して平均粒径0.4μm(BET法による比
表面積20.5m2 /g)のLiFeO2 粉末を得た。
【0019】比表面積の測定には、島津−マイクロメリ
テックス社製の比表面積測定装置2200型(容量法、
液体窒素の沸点における窒素吸着法)を使用した。
【0020】上記LiFeO2 粉末と、導電剤としての
アセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニ
リデンとを、重量比90:6:4で混合して正極合剤を
調製し、この正極合剤を2トン/cm2 の圧力で直径2
0mmの円盤状に加圧成型した後、250°Cで2時間
熱処理して正極を作製した。
【0021】〔負極の作製〕リチウム圧延板を直径20
mmの円盤状に打ち抜いて負極を作製した。
【0022】〔電解液の調製〕プロピレンカーボネート
(PC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との等
体積混合溶媒に、過塩素酸リチウム(LiClO4 )を
1モル/リットルの割合で溶かして非水電解液を調製し
た。
【0023】〔非水電解質電池の組立〕上記の正負両極
及び非水電解液を使用して、扁平型の非水電解質電池
(本発明電池)BA1(電池寸法:直径24.0mm、
厚さ3.0mm)を組み立てた。なお、セパレータとし
ては、ポリプロピレン製の微多孔膜を使用し、これに先
の非水電解液を含浸させた。
【0024】図1は、組み立てた本発明電池BA1の断
面図であり、同図に示す本発明電池BA1は、正極1、
負極2、これらを互いに離間するセパレータ3、正極缶
4、負極缶5、正極集電体6、負極集電体7及びポリプ
ロピレン製の絶縁パッキング8などからなる。
【0025】正極1及び負極2は、非水電解液を含浸し
たセパレータ3を介して対向して正負極缶4、5が形成
する電池ケース内に収納されており、正極1は正極集電
体6を介して正極缶4に、また、負極2は負極集電体7
を介して負極缶5に接続され、電池内部に生じた化学エ
ネルギーを正極缶4及び負極缶5の両端子から電気エネ
ルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
【0026】(実施例2〜8)粉砕時間を、6、5、
4、3、2、1、0.5時間と変えて、順に平均粒径
0.5、1、2、3、5、8、10μm(比表面積は、
順に20、18、15、12、8、2、0.5m2 /
g)のLiFeO2 粉末を作製し、これらを平均粒径
0.4μm(比表面積20.5m2 /g)のLiFeO
2 粉末に代えて使用したこと以外は、実施例1と同様に
して、順に本発明電池BA2〜BA8を作製した。
【0027】(比較例1,2)粉砕時間を、10時間、
20分間と変えて、順に平均粒径0.3、12μm、
(比表面積は、順に21、0.3m2 /g)のLiFe
O2 粉末を作製し、これらを平均粒径0.4μm(比表
面積20.5m2 /g)のLiFeO2 粉末に代えて使
用したこと以外は、実施例1と同様にして、順に比較電
池BC1、BC2を作製した。
【0028】〔放電容量〕本発明電池BA1〜BA8、
比較電池BC1,BC2について、1mAで終止電圧
4.3Vまで充電した後、1mAで終止電圧3.0Vま
で放電した場合の正極活物質(LiFeO2 粉末)1g
当たりの放電容量を調べた。結果を図2及び図3に示
す。
【0029】図2は、縦軸に正極活物質1g当たりの放
電容量(mAh/g)を、また横軸に正極活物質の平均
粒径(μm)をとって表したグラフである。また、図3
は、縦軸に正極活物質1g当たりの放電容量(mAh/
g)を、また、横軸に正極活物質の比表面積(m2 /
g)をとって表したグラフである。
【0030】図2より、平均粒径が0.4〜10μm、
すなわち比表面積が0.5〜20.5m2 /gのLiF
eO2 粉末を使用した本発明電池BA1〜BA8は、平
均粒径又は比表面積がこの範囲を外れるLiFeO2 粉
末を使用した比較電池BC1,BC2に比し、放電容量
が大きいことが分かる。
【0031】さらに、図2及び図3より、本発明電池B
A1〜BA8のなかでも、平均粒径が0.5〜3μm、
すなわち比表面積が12〜20m2 /gのLiFeO2
粉末を使用した本発明電池BA2〜BA5は、130m
Ah/gもの極めて大きな放電容量を有することが分か
る。表1に以上の結果をまとめて示す。
【0032】
【表1】
【0033】上記実施例では、LiFeO2 粉末を正極
活物質として使用した場合を例に挙げて説明したが、こ
れ以外の上式で規制するリチウム含有鉄酸化物を正極活
物質として使用した場合にも同様の結果が得られた。
【0034】また、上記実施例では、本発明を扁平型の
非水電解質電池に適用する場合について説明したが、電
池の形状に特に制限はなく、本発明は円筒型、角型、フ
ィルム型など、種々の形状の非水電解質電池に適用し得
るものである。
【0035】さらに、上記実施例では、液体電解質(非
水電解液)を使用したが、固体電解質を使用することも
可能であり、固体電解質を使用することにより、液漏れ
の心配のない、ポジションフリーの信頼性の高い電池が
得られる。
【0036】さらにまた、本発明は、一次電池、二次電
池を問わず適用可能なものである。
【0037】
【発明の効果】正極活物質として特定の平均粒径又は比
表面積を有するリチウム含有鉄酸化物が使用されている
ので、本発明電池は実用可能な程度の大きさの放電容量
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で組み立てた扁平型の非水電解質電池の
断面図である。
【図2】リチウム含有鉄酸化物(LiFeO2 )粉末の
平均粒径と放電容量の関係を示すグラフである。
【図3】リチウム含有鉄酸化物(LiFeO2 )粉末の
比表面積と放電容量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
BA1 扁平型の非水電解質電池(本発明電池) 1 正極 2 負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムイオンを吸蔵及び放出することが
    可能な物質又は金属リチウムを負極材料とする負極と、
    組成式Lix FeOy (0<x≦1.5、1.8<y<
    2.2)で表されるリチウム含有鉄酸化物を正極活物質
    とする正極とを備えた非水電解質電池において、前記リ
    チウム含有鉄酸化物のBET法による比表面積が0.5
    〜20.5m2 /gであることを特徴とする非水電解質
    電池。
  2. 【請求項2】前記比表面積が12〜20m2 /gである
    請求項1記載の非水電解質電池。
  3. 【請求項3】リチウムイオンを吸蔵及び放出することが
    可能な物質又は金属リチウムを負極材料とする負極と、
    組成式Lix FeOy (0<x≦1.5、1.8<y<
    2.2)で表されるリチウム含有鉄酸化物を正極活物質
    とする正極とを備えた非水電解質電池において、前記リ
    チウム含有鉄酸化物のレーザー回折法による平均粒径が
    0.4〜10μmであることを特徴とする非水電解質電
    池。
  4. 【請求項4】前記平均粒径が0.5〜3μmである請求
    項3記載の非水電解質電池。
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