JPH09199129A - リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池

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JPH09199129A
JPH09199129A JP8027333A JP2733396A JPH09199129A JP H09199129 A JPH09199129 A JP H09199129A JP 8027333 A JP8027333 A JP 8027333A JP 2733396 A JP2733396 A JP 2733396A JP H09199129 A JPH09199129 A JP H09199129A
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JP
Japan
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negative electrode
lithium
secondary battery
lithium secondary
carbon material
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JP8027333A
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Nobuo Katagiri
伸夫 片桐
Tomohiro Inoue
智博 井上
Toshiyuki Osawa
利幸 大澤
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy 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】 【課題】 リチウム複合酸化物を用いた正極と、充放電
でリチウムを吸蔵・放出する負極と、リチウム塩を含む
非水電解質を用いるリチウム二次電池において、炭素体
負極の不可逆容量を少なくし初回充放電の効率を高め、
正極中のリチウムの利用率を高めることにより、容量が
大きく、さらにガス発生のない特性の優れたリチウム二
次電池の提供。 【解決手段】 負極活物質が、活性な表面官能基のリチ
ウムとの反応性を低下させた炭素質材料であることを特
徴とするリチウム二次電池用負極体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、リチウム二次電池用負極体およ
び該負極体を用いたリチウム二次電池に関する。
【0002】
【従来技術】従来、リチウム二次電池の負極活物質とし
ては、リチウム−アルミニウム等のリチウム合金が使用
されてきた。これは、リチウム金属単体を二次電池の負
極活物質として用いた場合、充放電サイクルの繰り返し
に伴いデンドライト状の電析リチウムが負極上に生成し
易いため、合金化することによりこれを抑制し、内部短
絡や、微粉化した負極活物質の負極からの離脱を防止し
優れたサイクル特性を得るためである。しかし、リチウ
ム合金は硬質で加工性に劣り、また長期間のうちに結晶
型が変化してしまうなどの欠点を有し、サイクル特性も
十分とは言えない。また、金属リチウムの高い反応性に
より安全性の面でも不利である。このため、近年、デン
ドライト状のリチウムが電析する恐れが通常の使用では
全くない炭素材料が、リチウム合金に変わる材料として
使用されている。これを負極に用いたリチウム二次電池
においては、LiCoO2等の正極材料に含まれるリチ
ウムを炭素材料に吸蔵させて炭素材料を負極化するため
に、使用前に初期充電を行う必要がある。例えば特開平
5−114421号では、LiCoO2を正極に、炭素
材料を負極に用いたリチウム電池において、炭素材料に
ハロゲン化リチウムをリチウム供給源としてリチウムが
予め挿入されている。これにより、正極の利用率を高め
ることが提案されている。しかし、一般的に炭素材料の
第一回目の充放電効率は低いことが知られており、放出
されるリチウムの量は充電量に比べて数十%小さい。こ
のリチウムが放出されない容量(不可逆容量)のため、
この種の電池の正極材料の利用率は低く、容量の高い電
池が得られ難いという問題がある。この負極材料の初回
充放電の不可逆容量の原因の詳細についてはまだ明確で
はないが、炭素材料内部に吸蔵されたリチウムの一部が
炭素材料中に捕捉されたままになってしまう、炭素材料
中のカルボニル基、水酸基等の官能基とリチウムが反応
し電気化学的な操作ではリチウムイオンとして再びとり
出すことができない状態になる、あるいは、電解液の分
解反応などが不可逆容量の原因になっていると考えられ
ており、例えば特開平5−258743号では、リチウ
ムを吸蔵放出する炭素材料を負極に用いたリチウム電池
において、炭素材料を予めエチルアルコール、アセト
ン、酢酸あるいは濃硫酸等を用いて化学的に処理するこ
とにより、官能基を除去することが提案されている。ま
た、前記の反応に付随して初回の充放電時には炭素体か
らガスの発生が起こり、電池の内圧を高め電池の漏液が
起こるという不具合が生じる。さらに近年、液漏れの心
配のない固体電解質を用いた電池が脚光を浴びている
が、この種の電池で上記のようなガス発生が起きると、
電極と電解質との間に剥離が生じ、電池性能に著しい劣
化をもたらすという欠点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
リチウム複合酸化物を用いた正極と、充放電でリチウム
を吸蔵・放出する負極と、リチウム塩を含む非水電解質
を用いるリチウム二次電池において、炭素体負極の不可
逆容量を少なくし初回充放電の効率を高め、正極中のリ
チウムの利用率を高めることにより、容量が大きく、さ
らにガス発生のない特性の優れたリチウム二次電池を得
ることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、リチウム複合
酸化物を用いた正極と、充放電でリチウムを吸蔵・放出
する負極と、リチウム塩を含む非水電解質を用いる二次
電池において、負極活物質としての炭素質材料をアルコ
ールおよび/またはカルボン酸で化学的に処理して、該
炭素材料の表面部分の活性な官能基の反応性、特にリチ
ウムとの反応性を低下させたものは、初回充放電の効率
を高め、ガス発生や自己放電が抑制された特性の優れた
リチウム二次電池を得ることができた。本発明の電池に
おいて、前記のような優れた特性が達成されるのは、炭
素質材料の表面部分に存在する活性な官能基、例えば水
酸基やカルボキシル基が、アルコールおよび/またはカ
ルボン酸による化学処理でエステル化され、前記官能基
の反応性、特にリチウムとの反応性が低下したためと考
えられる。また、本発明者らは、前記のようなアルコー
ルおよび/またはカルボン酸の化学処理による前記リチ
ウム二次電池の特性の改善は、炭素材料として(00
2)面間隔d002が3.40Å以上、さらにはC軸方向
結晶子の大きさLcの粒径が1000Å以下の負極材料
において顕著であることを見い出し、このような炭素質
材料を使用することにより、前記の目的をさらに充分に
達成することができた。該炭素質材料の(002)面間
隔d002が3.40Å未満では表面処理の効果は小さい
ので3.40Å以上のものが好ましい。また、前記炭素
質材料としては、粒径が5μmを越えると表面積が下が
り表面処理効果が落ちるので、5μm以下のものが好ま
しい。さらに該炭素質材料のC軸方向結晶子の大きさL
cの粒径が1000Åを越えると表面官能基を効果的に
除去するのが難しいので、1000Å以下のものが好ま
しい。本発明において負極体としての炭素質材料は、黒
鉛、コークス、グラッシーカーボン等のリチウム二次電
池用負極体として通常使用される炭素質材料を用いるこ
とができる。本発明で用いるカルボン酸としては、例え
ば酢酸、n−プロピオン酸、n−吉草酸、安息香酸等が
挙げられるが、これらに限定されるものではない。表面
処理後の除去の容易さの理由から特に酢酸が好ましい。
また、アルコールとしては、メチルアルコール、エチル
アルコール、n−プロピルアルコール等が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。炭素体への浸透
性の理由から特にメチルアルコール、エチルアルコール
が好ましい。また、前記アルコールおよび/またはカル
ボン酸処理の炭素体を電極に加工する場合、粉砕や分
級、電極合剤作製時に溶媒として水を使用する工程があ
る場合には、その過程で上記処理の効果が消失してしま
う場合が多い。そこで、電極加工工程の後で、前記アル
コールおよび/またはカルボン酸処理することが好まし
い。正極として用いるリチウム複合酸化物としては、例
えばLiCoO2、LiNiO2、LiMn24等が挙げ
られるが、サイクル安定性の理由からLiCoO2が好
ましい。電解質としては、リチウム塩を含む非水電解質
が用いられ、該非水電解質としては、例えばプロピレン
カーボネート(PC)にLiPF6を溶かして調整した
非水電解液をセパレータに注入したもの、あるいは固体
電解質、例えばLiIをセパレータとして用いたもので
あっても良い。
【0005】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明
する。
【0006】実施例1 正極材料としてLiCoO2を用い、導電剤として導電
性炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(P
VDF)を、重量比で90:5:5の比率で混合して正
極合剤を得た。この合剤を集電体としてのステンレスメ
ッシュに圧延し、120℃で2時間真空乾燥して正極を
作製した。また、粒子径d002=3.42Å、Lc=7
00Åの炭素粉末1gを、脱水剤として濃硫酸をメチル
アルコール中に添加した溶液に浸漬し80時間放置し、
炭素材料を処理した。この炭素材料をその後洗浄、乾燥
した後、脱水剤として濃硫酸を添加した酢酸に分散剤と
してのアセトンを加えた溶液に再び浸漬し80時間放置
し、炭素材料を処理した。その後、炭素材料をアセトン
で洗浄、乾燥させた。このようにして処理された炭素材
料に、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)
を重量比95:5の比率で混合して負極合剤を得た。こ
の合剤を集電体としてのステンレスメッシュに圧延し、
120℃で2時間真空乾燥して負極を作製した。以上の
正極、負極および電解質として、LiPF6をエチレン
カーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DM
C)を体積比で1:1で混合した溶媒に1mol/リッ
トル溶かした溶液を用いてボルトナット型電池セルを作
製した。なお、微多孔質ポリプロピレンをセパレータに
用いた。
【0007】実施例2 黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PV
DF)を重量比95:5の比率で混合して負極合剤を得
て、この合剤を集電体としてのステンレスメッシュに圧
延して電極を得る。その後、実施例1と同様にこの電極
を処理した。その後、この電極を120℃で2時間真空
乾燥して負極を作製した。この負極を用いる以外は実施
例1と同様にして電池セルを作製した。
【0008】実施例3 電解質として、実施例1記載の電解液86重量部に単官
能性モノマーとしてエチルジエチレングリコールアクリ
レート13.8重量部、多官能性モノマーとしてトリメ
チルプロパンアクリレート0.2重量部、光開始剤とし
てベンゾインイソプロピルエーテル0.056重量部を
添加して混合溶解し、これに紫外光を照射し固体化した
ものを用いる以外は、実施例1と同様に電池を作製し電
池を評価した。
【0009】実施例4 電解質として、実施例1記載の電解液86重量部に単官
能性モノマーとしてエチルジエチレングリコールアクリ
レート13.8重量部、多官能性モノマーとしてトリメ
チルプロパンアクリレート0.2重量部、光開始剤とし
てベンゾインイソプロピルエーテル0.056重量部を
添加して混合溶解し、これに紫外光を照射し固体化した
ものを用いる以外は、実施例2と同様に電池を作製し電
池を評価した。
【0010】比較例1 炭素材料をエステル化処理しないこと以外は実施例1と
同様にして電池を作製した。
【0011】比較例2 炭素材料をエステル化処理しないこと以外は実施例4と
同様にして電池を作製した。
【0012】それぞれの電池を4.2V〜3.0Vまで
の間で充放電を行い、電池特性を評価した結果を表1に
示す。
【表1】
【0013】
【効果】1.請求項1に対応する作用効果 炭素体負極の不可逆容量を少なくし初回充放電の効率を
高めることができる。 2.請求項2に対応する作用効果 初回充放電効率を更に高めることができる。 3.請求項3に対応する作用効果 電池特性に優れる炭素体負極を得ることができる。 4.請求項4に対応する作用効果 電池特性に優れる炭素体負極を得ることができる。 5.請求項5に対応する作用効果 電池特性に優れる炭素体負極を得ることができる。 6.請求項6に対応する作用効果 炭素体負極の不可逆容量を少なくし、初回充電の効率を
高めたリチウム二次電池を得ることができる。 7.請求項7に対応する作用効果 漏液の心配がなく安全性の高く、しかも高エネルギーの
リチウム二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の電池セルの構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 正極端子 4 負極端子 5 セパレータ 6 フッ素樹脂

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極活物質が、活性な表面官能基のリチ
    ウムとの反応性を低下させた炭素質材料であることを特
    徴とするリチウム二次電池用負極体。
  2. 【請求項2】 炭素質材料が、電極形状に加工したもの
    である請求項1記載のリチウム二次電池用負極体。
  3. 【請求項3】 炭素質材料が、(002)面間隔d002
    が3.40Å以上のものである請求項1または2記載の
    リチウム二次電池用負極体。
  4. 【請求項4】 炭素質材料が、粒径が5μm以下の粒子
    状のものである請求項1、2または3記載のリチウム二
    次電池用負極体。
  5. 【請求項5】 炭素質材料が、C軸方向結晶子の大きさ
    Lcの粒径が1000Å以下のものである請求項4記載
    のリチウム二次電池用負極体。
  6. 【請求項6】 リチウム複合酸化物を用いた正極、請求
    項1、2、3、4または5記載のリチウム二次電池用負
    極体を負極およびリチウム塩を含む非水電解質を備えた
    ものであることを特徴とするリチウム二次電池。
  7. 【請求項7】 非水電解質が固体電解質である請求項6
    記載のリチウム二次電池。
JP8027333A 1996-01-22 1996-01-22 リチウム二次電池用負極体および該負極体を用いたリチウム二次電池 Pending JPH09199129A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5900335A (en) * 1994-06-28 1999-05-04 Sharp Kabushiki Kaisha Non-aqueous secondary battery and negative electrode for non-aqueous secondary battery
JP2017530499A (ja) * 2014-09-30 2017-10-12 エルジー・ケム・リミテッド リチウム二次電池用負極活物質、その製造方法、それを含むリチウム二次電池用負極、及びリチウム二次電池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10205169B2 (en) 2014-09-30 2019-02-12 Lg Chem, Ltd. Anode active material for lithium secondary battery, manufacturing method there-for, anode for lithium secondary battery comprising same, and lithium secondary battery

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