JPH10199544A - リチウム一次電池 - Google Patents

リチウム一次電池

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JPH10199544A
JPH10199544A JP9002895A JP289597A JPH10199544A JP H10199544 A JPH10199544 A JP H10199544A JP 9002895 A JP9002895 A JP 9002895A JP 289597 A JP289597 A JP 289597A JP H10199544 A JPH10199544 A JP H10199544A
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JP
Japan
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lithium
positive electrode
iron
battery
sulfur compound
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Pending
Application number
JP9002895A
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English (en)
Inventor
Masayuki Yoshio
芳尾真幸
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.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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    • Y02E60/12—

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】新規なリチウム一次電池を提供する。 【解決手段】一般式、Fe1-x S(0<x<1) で表さ
れる鉄の硫黄化合物を正極または負極に用いるリチウム
一次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄の硫黄化合物を
電極材料に用いるリチウム一次電池に関するものであっ
て、詳しくは、一般式、Fe1-x S(0<x<1)で表
される鉄の硫黄化合物を正極又は負極に用いるリチウム
一次電池に関するものである。
【0002】リチウム一次電池は、水溶液系一次電池に
比べて、高いエネルギー密度の電池として注目されてい
る電池である。
【0003】
【従来の技術】鉄化合物は、原料の鉄が資源的にも豊富
で且つ安価であることから、電極活物質への適用が試み
られてきた。
【0004】特に、二硫化鉄(FeS2 )や硫化鉄(F
eS)は、他のリチウム一次電池の正極材料に比べて、
単位重量当たりの理論放電容量が大きいことや、水溶液
系一次電池の電池電圧と互換性があることから、実用化
に向けた検討が実施され、FeS2 に関してはリチウム
一次電池用正極として実用化されている。
【0005】しかし、FeSに関しては、FeS2 に比
べて腐食性が強いことや、十分な性能が引き出せないこ
とから、これまで具体的な実用化の提案は成されていな
かった。
【0006】一方、リチウム電池は、軽量・小型でエネ
ルギー密度の高い高性能電池として、最近その重要性が
増している電池である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、鉄化
合物を用いた新規なリチウム一次電池を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鉄化合物を
用いた新規なリチウム電池を提案するために鋭意検討を
行った結果、一般式、Fe1-X S(0<x<1)で表さ
れる鉄の硫黄化合物が、リチウム一次電池の正極又は負
極に適用可能であり、正極または負極に用いることで、
従来にはない新しいリチウム一次電池が構成可能である
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
【作用】以下、本発明を具体的に説明する。
【0010】本発明のリチウム一次電池には、一般式、
Fe1-x S(0<x<1)で表される鉄の硫黄化合物を
用いる。
【0011】鉄の硫黄化合物としては、一般にFeS及
び不定比組成のFeS1+x と、Fe2 S3 等の硫化鉄が
知られているが、本発明のリチウム一次電池に用いる鉄
の硫黄化合物としては、一般式、Fe1-x S(0<x<
1)の関係を満たす化合物であれば特に制限されるもの
ではなく、上記3つのタイプの硫化鉄の少なくとも1種
類以上からなる混合物または複合物であっても良い。
【0012】一般式 Fe1-x S(0<x<1)で表さ
れる鉄の硫黄化合物を構成する成分として例示されるF
eS、FeS1+x 、Fe2 S3 及びFeS2 は以下に示
される性状を示す化合物である。
【0013】硫化鉄(II) は、純粋なFeSとFeS
1+x で表される不定比組成のいずれかの化合物である。
【0014】純粋なFeSは、還元鉄と蒸留イオウをと
を真空密閉容器中で1000℃で24時間熱してつくら
れる。また、鉄(II) 塩水溶液に硫化アンモニウムを加
えても得られる。その性状は無色ないし淡褐色の結晶で
ある。
【0015】不定比組成のFeS1+x は、天然には磁硫
鉄鉱として産する化合物である。また、工業的には鉄粉
とイオウとをるつぼ中で融解してつくられ、その性状は
灰黒色片または塊状である。
【0016】不定比組成の化合物では、湿った状態で空
気中で酸化されてイオウを分離し、褐色の塩基性硫酸塩
となることがある。
【0017】Fe2 S3 は、鉄(III)塩溶液に硫化アン
モニウムを十分量加えると得られる黒色粉末で、湿った
空気中ではイオウを遊離して酸化物の水和物になること
がある。
【0018】FeS2 は、鉱石としては、白鉄鉱(鉱物
名 marcasite)及び黄鉄鉱(鉱物名pyrite)として産出
するが、この内、電池として機能するのは、充填密度が
高く電子伝導性が良い、岩塩型の結晶構造を有する黄鉄
鉱である。黄鉄鉱は合成可能であるが、電池材料として
機能するのは天然に産出する鉱石から得られるもののみ
である。
【0019】本発明のリチウム一次電池に用いる、一般
式、Fe1-x S(0<x<1)で表される鉄の硫黄化合
物をリチウム一次電池の電極に用いる場合には、特に制
限されるものではないが、通常のリチウム一次電池材料
の前処理として行われる加熱処理以外にも、予め加熱処
理を行った後に一次電池材料としての通常の加熱処理を
行っても良い。
【0020】予め加熱処理を行う方法については、材料
組成が一般式、Fe1-x S(0<x<1) の関係を維持
できる加熱処理であれば特に制限されるものではない。
【0021】本発明のリチウム一次電池において、一般
式、Fe1-x S(0<x<1)で表される鉄の硫黄化合
物をリチウム一次電池の正極に用いる場合には、負極に
は、リチウム金属、リチウム合金、及び本発明の鉄の硫
黄化合物よりも酸化還元電位の低いリチウムを予め含有
したリチウムを吸蔵可能な物質のいづれか少なくとも1
種類以上を用いることが必要である。
【0022】また、本発明のリチウム一次電池におい
て、一般式、Fe1-x S(0<x<1)で表される鉄の
硫黄化合物を負極に用いる場合には、正極には本発明の
鉄の硫黄化合物よりも酸化還元電位の高いリチウムを予
め含有したリチウムを放出可能な物質を用いることが必
要である。
【0023】リチウム合金としては、例えば、リチウム
/アルミニウム合金、リチウム/スズ合金、リチウム/
鉛合金等が例示される。
【0024】リチウムを予め含有したリチウムを吸蔵ま
たは放出可能な物質としては、特に制限されないが、L
iMn2 O4 、LiMnO2 、LiCoO2 、LiNi
O2 、LiFeO2 及びこれら化合物の複合体等の含リチ
ウム遷移金属酸化物等の酸化物や、グラファイト、黒鉛
等の炭素質材料、FeO、Fe2 O3 、Fe3 O4 等の
酸化鉄、CoO、Co2 O3 、Co3 O4 等の酸化コバ
ルトに予めリチウムをドープした化合物が例示される。
なお、これらのリチウムを予め含有したリチウムを吸蔵
放出可能な物質は、その酸化還元電位によって、負極ま
たは正極への適用が制限される。
【0025】また、本発明のリチウム一次電池の電解質
は、特に制限されないが、例えば、炭酸プロピレン、炭
酸ジエチル、炭酸ジメチル等のカーボネート類や、スル
ホラン、ジメチルスルホキシド等のスルホラン類、γ−
ブチルラクトン等のラクトン類、ジメトキシエタン等の
エーテル類の少なくとも1種類以の有機溶媒中に、過塩
素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、六フッ化リン
酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等
のリチウム塩の少なくとも1種類以上を溶解したもの
や、無機系及び有機系のリチウムイオン導電性の固体電
解質等を用いることができる。
【0026】本発明の鉄化合物複合体を正極または負極
に用いて、図1に示す電池を構成した。
【0027】図中において、1:正極用リード線、2:
正極集電用メッシュ、3:正極、4:セパレータ、5:
負極、6:負極集電用メッシュ、7:負極用リード線、
8:容器、を示す。
【0028】以下に、本発明の具体例として実施例を示
すが、本発明はこれらの実施例により限定されるもので
はない。
【0029】
【実施例】
実施例1 [電池の構成]実施例1として、FeS(試薬1級)と
導電剤のポリテトラフルオロエチレンとアセチレンブラ
ックの混合物(商品名:TAB−2)を、重量比で2:
1の割合で混合した。混合物75mgを1ton/cm
2 の圧力で、20mmφのメッシュ(SUS 316)
上にペレット状に成型したのちに、200℃で5時間、
減圧乾燥処理を行った。これを、図1の3の正極に用い
て、図1の5の負極にはリチウム箔から切り取ったリチ
ウム片を用いて、電解液には六フッ化リン酸リチウムを
1mol/dm3 の濃度で溶解したエチレンカーボネー
トとジエチルカーボネートの体積比1:2の混合溶媒に
溶解したものを図1の4のセパレータに含浸させて、断
面積2.5cm2 の図1に示した電池を構成した。
【0030】[評価]上記方法で作成した電池を、0.
4mA/cm2 の一定電流で電池電圧が1.2Vまで放
電を行った。平坦な放電曲線を示し、正極活物質重量当
り400mAhの放電容量が得られた。
【0031】実施例2 実施例2として、正極に予め大気中110℃の温度で1
2時間熱処理したものを用いた以外は実施例1と同様に
して電池を作成し評価を行った。正極活物質重量当り4
20mAhの放電容量が得られた。
【0032】実施例3 実施例3として、正極に予め大気中220℃の温度で1
2時間熱処理したものを用いた以外は実施例1と同様に
して電池を作成し評価を行った。正極活物質重量当り4
50mAhの放電容量が得られた。
【0033】実施例4 実施例3として、実施例1で正極に用いたFeSと導電
剤との混合物を図1の5の負極に用いて、図1の3の正
極には市販のリチウムマンガンスピネル( LiMn2 O
4)を導電剤のポリテトラフルオロエチレンとアセチレン
ブラックの混合物(商品名:TAB−2)を、重量比で
2:1の割合で混合し、混合物75mgを1ton/c
m2 の圧力で、20mmφのメッシュ(SUS 31
6)上にペレット状に成型したのちに、200℃で5時
間、減圧乾燥処理を行ったものを用いた以外は、実施例
1と同様な電池を構成し評価を行った。
【0034】正極活物質重量当り110mAhの放電容
量が得られた。
【0035】
【発明の効果】以上述べてきたとおり、一般式、Fe
1-x S(0<x<1)で表される鉄の硫黄化合物をリチ
ウム一次電池の正極または負極に用いることで、新規な
リチウム一次電池が構成できる。新規なリチウム一次電
池を提案することは、産業上有益な知見である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で構成した電池の実施態様を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 正極リード線 2 正極集電用メッシュ 3 正極 4 セパレータ 5 負極 6 負極集電用メッシュ 7 負極用リード線 8 容器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式、Fe1-x S(0<x<1)で表さ
    れる鉄の硫黄化合物を正極又は負極に用いるリチウム一
    次電池。
JP9002895A 1997-01-10 1997-01-10 リチウム一次電池 Pending JPH10199544A (ja)

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JP9002895A JPH10199544A (ja) 1997-01-10 1997-01-10 リチウム一次電池

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JP9002895A Pending JPH10199544A (ja) 1997-01-10 1997-01-10 リチウム一次電池

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821677B2 (en) * 2001-03-29 2004-11-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Negative electrode active material and nonaqueous electrolyte battery
CN112599737A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 南京航空航天大学 一种钠离子电池过渡金属硫化物碳复合负极材料及其制备方法和应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821677B2 (en) * 2001-03-29 2004-11-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Negative electrode active material and nonaqueous electrolyte battery
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