JPH1064540A - 非水電解質二次電池及びその製造方法 - Google Patents

非水電解質二次電池及びその製造方法

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JPH1064540A
JPH1064540A JP8217531A JP21753196A JPH1064540A JP H1064540 A JPH1064540 A JP H1064540A JP 8217531 A JP8217531 A JP 8217531A JP 21753196 A JP21753196 A JP 21753196A JP H1064540 A JPH1064540 A JP H1064540A
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aqueous electrolyte
secondary battery
air
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nonaqueous electrolyte
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光利 田中
Hiroshi Ishizuka
弘 石塚
Akihiro Matsufuji
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な充放電サイクル特性を有する高容量非
水電解質二次電池を提供する。 【解決手段】 酸化物を主体とする負極材料(4)、正
極材料(5)、リチウム塩を含む非水電解質(6)から
なる非水電解質二次電池であって、該非水電解質が空気
吹き込み処理されていることを特徴とする非水電解質二
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、充放電サイクル特
性に優れた高容量非水電解質二次電池に関するものであ
り、負極材料が主として非晶質カルコゲン化合物及び、
または非晶質酸化物である放電容量の大きな非水電解質
二次電池の充放電サイクル寿命等の充放電特性の改良に
関する。
【0002】
【従来の技術】非水電解質二次電池用負極材料として
は、リチウム金属やリチウム合金が代表的であるが、そ
れらを用いると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長
したいわゆるデンドライトが発生し、内部ショートの原
因あるいはデンドライト自体の持つ高い活性のため、発
火などの危険をはらんでいた。
【0003】これに対し、リチウムを可逆的に挿入・放
出可能な焼成炭素質材料が実用化されるようになってき
た。この炭素質材料の欠点は、それ自体が導電性を持つ
ので、過充電や急速充電の際に炭素質材料の上にリチウ
ム金属が析出する事があり、結局デンドライトを析出さ
せてしまうことになる。
【0004】これを避けるために、充電器を工夫した
り、正極活物質を少なくして過充電を防止する方法を採
用したりしているが、後者の方法では、活物質あたりの
量が限定されるのでそのため放電容量も限定されてしま
う。また炭素質材料は密度が比較的小さいため、体積当
たりの容量が低いという二重の意味で放電容量が制限さ
れてしまうことになる。
【0005】炭素材料にリチウム箔を圧着もしくは積層
して用いることが、特開昭61−54165号、特開平
2−82447号、同2−215062号、同3−12
2974号、同3−272571号、同5−14447
1号、同5−144472号、同5−144473号、
同5−151995号に開示されているが、負極活物質
として炭素材料を使用しているものであり、上記の問題
を本質的に解決するものではなかった。
【0006】一方、リチウム金属、リチウム合金、炭素
質材料以外の負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵
・放出する事ができるTiS2 、LiTiS2 (米国特
許第983476号)、WO2 、FeO3 のリチウム化
合物(特開平3−112070号)、Nb25 (特公
昭62−59412号、特開平2−82447号)、酸
化鉄(FeO、Fe23 、Fe34 )、酸化コバル
ト(CoO、Co2 3 、Co34 )(特開平3−2
91862号)が知られている。これらの化合物はいづ
れも酸化還元電位が低く、3V級の高放電電位を持つ非
水電解質二次電池を実現することができていない。また
放電容量についても満足するものができていない。
【0007】上記欠点を改良する目的で平均放電電圧が
3〜3.6V級の高放電電位を持つ非水電解質二次電池
を達成するものとして、負極材料にSn、V、Si、
B、Zrなどの酸化物、及び、それらの複合酸化物を用
いることが提案されている(特開平5−174818
号、同6−60867号、同6−275267号、同6
−325765号、同6−338324号、EP−61
5296号)。これらSn、V、Si、B、Zrなどの
酸化物、及び、それらの複合酸化物は、ある種のリチウ
ムを含む遷移金属化合物の正極と組み合わせることによ
り、平均放電電圧が3〜3.6V級で放電容量が大き
く、又、実用領域でのデンドライト発生がほとんどなく
極めて安全性が高い非水電解質二次電池を与えるが、充
放電サイクル特性が充分でないという問題があった。
【0008】また、サイクル性改良のため、フェナント
ロリンスルホン酸Naなどを電池内に存在させること
(特開平7−065863号)が提案されているが、こ
れらの添加剤は溶解性が低いため、電解液に添加する方
法は難しく、作成した電極にさらに添加剤だけを塗布し
直すなどの必要があること、また、電池内に均一に分布
させることが難しいため特性にバラツキが生じやすいこ
となどの問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、放電
容量の大きな非水電解質二次電池の充放電サイクル特性
を向上させることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、リチウ
ムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表
1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上
の原子を含むものであり、主として非晶質カルコゲン化
合物及び/または非晶質酸化物からなる負極、リチウム
塩を含む非水電解質、及びセパレーターを有する非水電
解質二次電池に於いて、該非水電解質が空気吹き込み処
理されていることを特徴とする非水電解質二次電池によ
って解決された。
【0011】また、本発明の課題は、リチウムを可逆的
に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表1,2,1
3,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含
むものであり、主として非晶質カルコゲン化合物及び/
または非晶質酸化物からなる負極、リチウム塩を含む非
水電解質、及びセパレーターを有する非水電解質二次電
池の製造方法であって、該非水電解質を電池内に注入す
る前に、該非水電解質に空気吹き込み処理を行なうこと
を特徴とする非水電解質二次電池の製造方法によって解
決された。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい態様を以下に掲
げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0013】(1).リチウムを可逆的に吸蔵放出可能
な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族
原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主
として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化
物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセ
パレーターを有する非水電解質二次電池に於いて、該非
水電解質が空気吹き込み処理されていることを特徴とす
る非水電解質二次電池。
【0014】(2).該負極材料の少なくとも一種が、
一般式(1)で示されることを特徴とする項1に記載の
非水電解質二次電池。
【0015】 M12p4q6r 一般式(1) (式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、P
b、P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種、
4 はLi、K、Na、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba
から選ばれる少なくとも一種、M6 はO、S、Teから
選ばれる少なくとも一種、p 、q は各々0.001〜1
0、r は1.00〜50の数字を表す。)
【0016】(3).リチウムを可逆的に吸蔵放出可能
な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族
原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主
として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化
物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセ
パレーターを有する非水電解質二次電池の製造方法であ
って、該非水電解質を電池内に注入する前に、該非水電
解質に空気吹き込み処理を行なうことを特徴とする非水
電解質二次電池の製造方法。
【0017】(4).前記空気吹き込み処理が、空気と
非水電解質を容器に入れ、該非水電解質が十分空気と接
触するようにシェイキングして実施されている、項3記
載の非水電解質二次電池の製造方法。
【0018】(5).前記空気吹き込み処理が、非水電
解質の液面上に風速0.1メートルから10メートルの
空気風を0.1時間から6時間吹かせて実施されてい
る、項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。
【0019】(6).前記空気吹き込み処理が、非水電
解質中にノズルにより空気を泡状に吹き込んで実施され
る、項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。
【0020】(7).前記空気が露点−80℃から−3
0℃である、項3〜6のいずれか1項に記載の非水二次
電池の製造方法。
【0021】(8).前記空気吹き込み処理が、温度−
10℃から20℃で実施される、項3〜7のいずれか1
項に記載の非水二次電池の製造方法。
【0022】(9).前記空気吹き込み処理が、該非水
電解質を電池内に注入する前1時間以内に実施されてい
る、項3〜8のいずれか1項に記載の非水二次電池の製
造方法。
【0023】(10).該負極材料の少なくとも一種が、
一般式(2)で示されることを特徴とする項2に記載の
非水電解質二次電池。
【0024】 SnM3p5q7r 一般式(2) (式中、M3 はSi、Ge、Pb、P、B、Alから選
ばれる少なくとも一種、M5 は、Li、K、Na、C
s、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一
種、M7 はO、Sから選ばれる少なくとも一種、p 、q
は各々0.001〜10、r は1.00〜50の数字を
表す。)
【0025】(11).該正極材料の少なくとも1種が、
Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、L
x Coa Ni(1−a) O2 、Lix Cob V(1−b)
z、Lix Cob Fe(1−b) O2 、Lix Mn24
、Lix Mnc Co(2−c) O4 、Lix Mnc Ni(
2−c) O4 、Lix Mnc V(2−c) O4 、LixMn
c Fe(2−c) O4 (式中、x=0.2〜1.2、a=
0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.6〜
1.96、z=2.01から2.3)であることを特徴
とする項1、2、10のいずれか1項に記載の非水電解
質二次電池。
【0026】本発明においては、非水電解質が空気吹き
込み処理されていることにより非水電解質二次電池の高
容量を損なうことなく充放電サイクル特性を向上させる
ことができる。
【0027】本発明における空気吹き込み処理とは、ア
ルゴンガスや窒素ガスといった不活性ガス雰囲気で調合
または輸送または保存された非水電解質に空気を含ませ
る処理である。
【0028】該空気吹き込み処理は、空気と非水電解質
を容器に入れ、非水電解質全体が十分空気と接触するよ
うにシェイキングして実施される。該容器は好ましくは
容積0.2リットルから10リットルであり、また好ま
しくは容積の0.1倍から0.5倍の非水電解質を満た
し残りの容積を空気で満たす。
【0029】該容器は好ましくは振幅0.5センチメー
トルから20センチメートル、周波数0.5ヘルツから
10ヘルツでシェイキングされる。また、容器を揺らす
かわりに攪拌羽等を用いて非水電解質を直接揺らしても
よい。該攪拌羽は好ましくは長さ1センチメートルから
15センチメートルであり、好ましくは回転数20rp
mから1000rpmであり、容器の中心よりずらす、
または容器内部に邪魔板を設置する等して非水電解質に
十分空気を巻き込ませる事が好ましい。
【0030】該シェイキング処理は、一定の時間処理
後、処理を中止して容器内部の非水電解質を取り出して
使用しても良いし、処理しながら容器の一方から徐々に
容器内部に未処理の非水電解質と空気を注入し、容器の
他方から徐々に処理済みの非水電解質と空気を抜き取っ
て電池への注入に使用してもよい。
【0031】一定時間処理する場合の処理時間は、好ま
しくは10秒から600秒、より好ましくは20秒から
300秒、最も好ましくは30秒から180秒である。
処理しながら徐々に非水電解質を注入・抜き取りする場
合、1分間に注入・抜き取りされる非水電解質量の好ま
しくは2倍から30倍、より好ましくは3倍から20
倍、最も好ましくは5倍から15倍の非水電解質が容器
内部に常時存在すると良い。
【0032】また、本発明の空気吹き込み処理は、非水
電解質の液面上に風速0.1メートルから10メートル
の空気風を0.1時間から6時間吹かせて実施すること
ができる。蓋が開いた容器に非水電解質を満たし、空気
風下に所定の時間放置して処理してもよいし、また、非
水電解質の満たされた容器内部に空気風を導入し該非水
電解質の液面上を通過後該容器より排出しても良い。ま
た、水平に保たれた非水電解質の流路上に該空気風を吹
かせて処理しても良い。
【0033】また、本発明の空気吹き込み処理は、空気
を非水電解質中にノズルにより泡状に吹き込んで実施す
ることができる。該ノズルは好ましくは孔を小さくして
泡の発生を促進する。より好ましくは該ノズル先端に微
細孔を多数配置し、発生する泡を微細化する(例えば鑑
賞魚用水槽に用いられる空気ノズル;商品名「ストー
ン」、また例えば実験室で気体の洗浄に用いられるガス
洗浄瓶に組み込まれているボールフィルター;1μmか
ら100μmの孔が多数あいている)。最も好ましくは
微細孔を多数配置したノズルを非水電解質中に複数配置
する。
【0034】本発明の空気吹き込み処理に用いられる空
気の露点は、好ましくは−80℃から−30℃、より好
ましくは−80℃から−40℃、最も好ましくは−80
℃から−50℃である。
【0035】本発明の空気吹き込み処理の実施される温
度は、好ましくは−10℃から20℃、より好ましくは
−5℃から15℃、最も好ましくは0℃から10℃であ
る。該処理は、好ましくは空気を所定温度にして実施し
てもよいし、より好ましくは非水電解質を所定の温度に
して実施してもよいし、最も好ましくは空気および非水
電解質を所定の温度にして実施するとよい。
【0036】前記空気吹き込み処理は、該非水電解質を
電池内に注入開始する前の、好ましくは2時間以内、よ
り好ましくは1時間以内、最も好ましくは0.5時間以
内に終えているとよい。
【0037】電解質は、一般に、溶媒と、その溶媒に溶
解する支持塩から構成され、支持塩としてはリチウム塩
(アニオンとリチウムカチオン)が好ましい。
【0038】本発明で使用できる電解質の溶媒として
は、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、メチルエチルカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン、ギ酸メチル、酢酸メチル、1,2−ジメト
キシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒ
ドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソ
ラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソ
ラン、ジオキサン、アセトニトリル、ニトロメタン、エ
チルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシ
メタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル
−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導
体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,
3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を挙
げることができ、これらの一種または二種以上を混合し
て使用する。中では、カーボネート系の溶媒が好まし
く、環状カーボネート及び/または非環状カーボネート
を含ませたものが好ましい。環状カーボネートとしては
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが好ま
しい。また、非環状カーボネートとしては、ジエチルカ
ーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカー
ボネートを含ませることが好ましい。
【0039】本発明で使用出来るこれらの溶媒に溶解す
る支持塩としては、例えば、LiClO4 、LiBF
4 、LiPF6 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CO
2 、LiAsF6 、LiSbF6 、低級脂肪族カルボン
酸リチウム、LiAlCl4 、LiCl、LiBr、L
iI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウ
ムなどのLi塩を上げることが出来、これらの一種また
は二種以上を混合して使用することができる。なかでも
LiBF4 及び/あるいはLiPF6 を溶解したものが
好ましい。
【0040】支持塩の濃度は、特に限定されないが、電
解質溶液1リットル当たり0.2モル〜3モルが好まし
い。
【0041】本発明で使用できる電解質の組合せとして
は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネートある
いはジエチルカーボネートを適宜混合した電解液にLi
CF3 SO3 、LiClO4、LiBF4 および/ある
いはLiPF6 を含む電解質が好ましい。特にプロピレ
ンカーボネートあるいはエチレンカーボネートと1,2
−ジメトキシエタン及び/あるいはジエチルカーボネー
トとの混合溶媒にLiCF3 SO3 、LiClO4 、L
iBF4 および/あるいはLiPF6 を含む電解質が好
ましく、特に、少なくともエチレンカーボネートとLi
PF6 を含むものが好ましい。
【0042】これら電解質を電池内に添加する量は、特
に限定されないが、正極活物質や負極材料の量や電池の
サイズによって必要量用いることができる。
【0043】以下、本発明の非水電解質二次電池を作る
ための他の材料と製造方法について詳述する。本発明の
非水電解質二次電池に用いられる正・負極は、正極合剤
あるいは負極合剤を集電体上に塗設して作ることが出来
る。正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活物質あ
るいは負極材料のほか、それぞれに導電剤、結着剤、分
散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各種添加
剤を含むことができる。
【0044】本発明で用いられる負極材料は、電池組み
込み時に主として非晶質であることが好ましい。ここで
言う主として非晶質とはCuKα線を用いたX線回折法
で2θ値で20°から40°に頂点を有するブロードな
散乱帯を有する物であり、結晶性の回折線を有してもよ
い。
【0045】好ましくは2θ値で40°以上70°以下
に見られる結晶性の回折線の内最も強い強度が、2θ値
で20°以上40°以下に見られるブロードな散乱帯の
頂点の回折線強度の500倍以下であることが好まし
く、さらに好ましくは100倍以下であり、特に好まし
くは5倍以下であり、最も好ましくは 結晶性の回折線
を有さないことである。
【0046】本発明で用いられる負極材料は下記一般式
(1)で表されることが好ましい。
【0047】 M12p4q6r 一般式(1) 式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、
P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種であ
り、好ましくはSi、Ge、Sn、P、B、Alであ
り、特に好ましくはSi、Sn、P、B、Alである。
4 はLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、S
r、Baから選ばれる少なくとも一種であり、好ましく
はK、Cs、Mg、Caで、特に好ましくはCs、Mg
である。M6 はO、S、Teから選ばれる少なくとも一
種であり、好ましくはO、Sであり、特に好ましくはO
である。p 、q は各々0.001〜10であり、好まし
くは0.01〜5であり、特に好ましくは0.01〜2
である。r は1.00〜50であり、好ましくは1.0
0〜26であり、特に好ましくは1.02〜6である。
1 、M2 の価数は特に限定されることはなく、単独価
数であっても、各価数の混合物であっても良い。またM
1 、M2 、M4 の比は、M2 およびM4 がM1 に対して
0.001〜10モル当量の範囲において連続的に変化
させることができ、それに応じM6 の量(一般式(1)
において、r の値)も連続的に変化する。
【0048】上記に挙げた化合物の中でも、本発明にお
いてはM1 がSnである場合が好ましく、一般式(2)
で表される。
【0049】 SnM3p5q7r 一般式(2) 式中、M3 はSi 、Ge 、Pb 、P、B、Alから選ば
れる少なくとも一種であり、好ましくはSi 、Ge 、
P、B、Alであり、特に好ましくはSi 、P、B、A
lである。M5 はLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、
Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種であり、
好ましくはCs、Mgで、特に好ましくはMgである。
7 はO、Sから選ばれる少なくとも一種であり、好ま
しくはOである。p 、q は各々0.001〜10であ
り、好ましくは0.01〜5であり、さらに好ましくは
0.01〜1.5であり、特に好ましくは0.7〜1.
5である。rは1.00〜50であり、好ましくは1.
00〜26であり、特に好ましくは1.02〜6であ
る。
【0050】本発明の負極材料の例を以下に示すが、本
発明はこれらに限定されるものではない。 SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 3.65、SnAl0.4
0.5 0.5 Na0.2 3.7 、SnAl0.4 0.3
0.5 Rb0.2 3.4 、SnAl0.4 0.5 0.5 Cs
0.1 3.65、SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Ge0.05
3.85、SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Mg0.1 Ge
0.023.83、SnAl0.4 0.4 0.4 3.2 、SnA
0.3 0.5 0.2 2.7 、SnAl0.3 0.5 0.2
2.7 、SnAl0.4 0.5 0.3 Ba0.08Mg0.08
3.26、SnAl0.4 0.4 0.4 Ba0.083.28、Sn
Al0.4 0.5 0.5 3.6 、SnAl0.4 0.5
0.5 Mg0.1 3.7 、SnAl0.5 0.4 0.5 Mg
0.1 0.2 3.65、SnB0.5 0.5 Li0.1 Mg0.1
0.2 3.05、SnB0.5 0.5 0.1 Mg0.1 0.2
3.05、SnB0.5 0.5 0.05Mg0.05
0.1 3.03、SnB0.5 0.5 0.05Mg0.1 0.2
3.03、SnAl0.4 0.5 0.5 Cs0.1 Mg0.1
0.2 3.65、SnB0.5 0.5 Cs0.05Mg0.050.1
3.03、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.1 3.05、Sn
0.5 0.5 Mg0.1 0.2 3 、SnB0.5 0.5
0.1 0.063.07、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.14
3.03、SnPBa0.083.58、SnPK0.1 3.55
SnPK0.05Mg0.053.58、SnPCs0.1 3.55
SnPBa0.080.083.54、SnPK0.1 Mg0.1
0.2 3.55、SnPK0.05Mg0.050.1 3.53、Sn
PCs0.1 Mg0.1 0.2 3.55、SnPCs0.05Mg
0.050.1 3.53、Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Ba
0.080.083.54、Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Li
0.1 0.1 Ba0.1 0.1 3.65、Sn1.1 Al0.4
0.4 0.4 Ba0.083.34、Sn1.1 Al0.4 PCs
0.054.23、Sn1.1 Al0.4 PK0.044.23、Sn
1.2 Al0.5 0.3 0.4 Cs0.2 3.5 、Sn1.2
0.4.0.2 0.6 Ba0.083.68、Sn1.2 Al0.4
0.2 0.6 Ba0.080.083.64、Sn1.2 Al0.4
0.2 0.6 Mg0.04Ba0.043.68、Sn1.2 Al
0.4 0.3 0.5 Ba0.083.58、Sn1.3 Al0.3
0.3 0.4 Na0.2 3.3 、Sn1.3 Al0.2 0.4
0.4 Ca0.2 3.4 、Sn1.3 Al0.4 0.4 0.4
0.2 3.6 、Sn1.4 Al0.4 PK0.2 4.6 、Sn
1.4 Al0.2 Ba0.1 PK0.2 4.45、Sn1.4 Al
0.2 Ba0.2 PK0.2 4.6 、Sn1.4 Al0.4 Ba
0.2 PK0.2 Ba0.1 0.2 4.9 、Sn1.4 Al0.4
PK0.3 4.65、Sn1.5 Al0.2 PK0.2 4.4 、S
1.5 Al0.4 PK0.1 4.65、Sn1.5 Al0.4 PC
0.054.63、Sn1.5 Al0.4 PCs0.05Mg0.1
0.2 4.63、SnSi0.5 Al0.1 0.20.1 Ca
0.4 3.1 、SnSi0.4 Al0.2 0.4 2.7 、Sn
Si0.5 Al0.2 0.1 0.1 Mg0.1 2.8 、SnS
0.6 Al0.2 0.2 2.8 、SnSi0.5 Al0.3
0.4 0.2 3.55、SnSi0.5 Al0.3 0.4 0.5
4.30、SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.3 3.25、S
nSi0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ba0.2 2.95、Sn
Si0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ca0.2 2.95、SnS
0.6 Al0.4 0.2 Mg0.1 3.2 、SnSi0.6
0.1 0.3 0.1 3.05、SnSi0.6 Al0.2 Mg
0.2 2.7 、SnSi0.6 Al0.2 Ca0.2 2.7 、S
nSi0.6 Al0.2 0.2 3 、SnSi0.6 0.2
0.2 3 、SnSi0.8 Al0.2 2.9 、SnSi0.8
Al0.3 0.2 0.2 3.85、SnSi0.8 0.2
2.9 、SnSi0.8 Ba0.2 2.8 、SnSi0.8 Mg
0.2 2.8 、SnSi0.8 Ca0.2 2.8 、SnSi
0.8 0.2 3.1 、Sn0.9 Mn0.3 0.4 0.4 Ca
0.1 Rb0.1 2.95、Sn0.9 Fe0.3 0.4 0.4
0.1 Rb0.1 2.95、Sn0.8 Pb0.2 Ca0.1
0.9 3.35、Sn0.3 Ge0.7 Ba0.1 0.9 3.35
Sn0.9 Mn0.1 Mg0.1 0.9 3.35、Sn0.2 Mn
0.8 Mg0.1 0.9 3.35、Sn0.7 Pb0.3 Ca0.1
0.9 3.35、Sn0.2 Ge0.8 Ba0.1
0.9 3.35
【0051】負極材料は、たとえば焼成されて得られ
る。得られた化合物の化学式は、測定方法として誘導結
合プラズマ(ICP)発光分光分析法、簡便法として、
焼成前後の粉体の重量差から算出できる。
【0052】本発明の負極材料への軽金属挿入量は、そ
の軽金属の析出電位に近似するまででよいが、例えば、
負極材料当たり50〜700モル%が好ましいが、特
に、100〜600モル%が好ましい。その放出量は挿
入量に対して多いほど好ましい。軽金属の挿入方法は、
電気化学的、化学的、熱的方法が好ましい。電気化学的
方法は、正極活物質に含まれる軽金属を電気化学的に挿
入する方法や軽金属あるいはその合金から直接電気化学
的に挿入する方法が好ましい。化学的方法は、軽金属と
の混合、接触あるいは、有機金属、例えば、ブチルリチ
ウム等と反応させる方法がある。電気化学的方法、化学
的方法が好ましい。該軽金属はリチウムあるいはリチウ
ムイオンが特に好ましい。
【0053】本発明においては、以上示したような一般
式(1)、(2)で示される化合物を主として負極材料
として用いることにより、より充放電サイクル特性の優
れた、かつ高い放電電圧、高容量で安全性が高く、高電
流特性が優れた非水電解質二次電池を得ることができ
る。本発明において、特に優れた効果を得ることができ
るのはSnを含有し且つSnの価数が2価で存在する化
合物を負極材料として用いる場合である。Snの価数は
化学滴定操作によって求めることができる。例えばPhys
ics and Chemistry of Glasses Vol.8 No.4 (1967)の1
65頁に記載の方法で分析することができる。また、S
nの固体核磁気共鳴(NMR)測定によるナイトシフト
から決定することも可能である。例えば、幅広測定にお
いて金属Sn(0価のSn)はSn(CH34 に対し
て7000ppm付近と極端に低磁場にピークが出現す
るのに対し、SnO(=2価)では100ppm付近、
SnO2 (=4価)では−600ppm付近に出現す
る。このように同じ配位子を有する場合ナイトシフトが
中心金属であるSnの価数に大きく依存するので、11
9Sn−NMR測定で求められたピーク位置で価数の決
定が可能となる。
【0054】本発明の負極材料に各種化合物を含ませる
ことができる。例えば、遷移金属(Sc、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、
Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、ラ
ンタノイド系金属、Hf、Ta、W、Re、Os、I
r、Pt、Au、Hg)や周期表17族元素(F、C
l)を含ませることができる。また電子伝導性を上げる
各種化合物(例えば、Sb、In、Nbの化合物)のド
ーパントを含んでもよい。添加する化合物の量は0〜2
0モル%が好ましい。
【0055】本発明における一般式(1)(2)で示さ
れる酸化物を主体とする複合酸化物の合成法は焼成法、
溶液法いずれの方法も採用することができる。
【0056】例えば焼成法について詳細に説明すると、
1 化合物、M2 化合物とM4 化合物(M1 、M2 は相
異なりSi、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、Sb、
4はMg、Ca、Sr、Ba)を混合し、焼成せしめ
ればよい。Sn化合物としてはたとえばSnO、SnO
2 、Sn23 、Sn34 、Sn713・H2 O、S
815、水酸化第一錫、オキシ水酸化第二錫、亜錫
酸、蓚酸第一錫、燐酸第一錫、オルト錫酸、メタ錫酸、
パラ錫酸、弗化第一錫、弗化第二錫、塩化第一錫、塩化
第二錫、ピロリン酸第一錫、リン化錫、硫化第一錫、硫
化第二錫、等を挙げることができる。
【0057】Si化合物としてはたとえばSiO2 、S
iO、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン等の有
機珪素化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシ
シラン等のアルコキシシラン化合物、トリクロロハイド
ロシラン等のハイドロシラン化合物を挙げることができ
る。
【0058】Ge化合物としてはたとえばGeO2 、G
eO、ゲルマニウムテトラメトキシド、ゲルマニウムテ
トラエトキシド等のアルコキシゲルマニウム化合物等を
挙げることができる。
【0059】Pb化合物としてはたとえばPbO2 、P
bO、Pb23 、Pb34 、硝酸鉛、炭酸鉛、蟻酸
鉛、酢酸鉛、四酢酸鉛、酒石酸鉛、鉛ジエトキシド、鉛
ジイソプロポキシド等を挙げることができる。
【0060】P化合物としてはたとえば五酸化リン、オ
キシ塩化リン、五塩化リン、三塩化リン、三臭化リン、
トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリプロピルリ
ン酸、ピロリン酸第一錫、リン酸ホウ素等を挙げること
ができる。
【0061】B化合物としてはたとえば三二酸化ホウ
素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、炭化ホウ素、ほう
酸、ほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリ
プロピル、ほう酸トリブチル、リン化ホウ素、リン酸ホ
ウ素等を挙げることができる。
【0062】Al化合物としてはたとえば酸化アルミニ
ウム(α−アルミナ、β−アルミナ)、ケイ酸アルミニ
ウム、アルミニウムトリ−iso−プロポキシド、亜テ
ルル酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ホウ化アルミ
ニウム、リン化アルミニウム、リン酸アルミニウム、乳
酸アルミニウム、ほう酸アルミニウム、硫化アルミニウ
ム、硫酸アルミニウム、ホウ化アルミニウム等を挙げる
ことができる。
【0063】Sb化合物としてはたとえば三酸化二アン
チモン、トリフェニルアンチモン等を挙げることができ
る。
【0064】Mg、Ca、Sr、Ba化合物としては、
各々の酸化塩、水酸化塩、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、
硝酸塩、アルミニウム化合物等を挙げることができる。
【0065】焼成条件としては、昇温速度として昇温速
度毎分4℃以上2000℃以下であることが好ましく、
さらに好ましくは6℃以上2000℃以下である。特に
好ましくは10℃以上2000℃以下であり、かつ焼成
温度としては250℃以上1500℃以下であることが
好ましく、さらに好ましくは350℃以上1500℃以
下であり、特に好ましくは500℃以上1500℃以下
であり、かつ焼成時間としては0.01時間以上100
時間以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.
5時間以上70時間以下であり、特に好ましくは1時間
以上20時間以下であり、かつ降温速度としては毎分2
℃以上107 ℃以下であることが好ましく、さらに好ま
しくは4℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは6
℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは10℃以上
107 ℃以下である。
【0066】本発明における昇温速度とは「焼成温度
(℃表示)の50%」から「焼成温度(℃表示)の80
%」に達するまでの温度上昇の平均速度であり、本発明
における降温速度とは「焼成温度(℃表示)の80%」
から「焼成温度(℃表示)の50%」に達するまでの温
度降下の平均速度である。
【0067】降温は焼成炉中で冷却してもよくまた焼成
炉外に取り出して、例えば水中に投入して冷却してもよ
い。またセラミックスプロセッシング(技報堂出版 1
987)217頁記載のgun法・Hammer−An
vil法・slap法・ガスアトマイズ法・プラズマス
プレー法・遠心急冷法・melt drag法などの超
急冷法を用いることもできる。またニューガラスハンド
ブック(丸善 1991)172頁記載の単ローラー
法、双ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中に溶融
する材料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ焼成物
を連続的に取り出してもよい。焼成中に溶融する材料の
場合には融液を攪拌することが好ましい。
【0068】焼成ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が
5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性
ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられ
る。
【0069】本発明で用いられる一般式(1)(2)で
示される化合物の平均粒子サイズは0.1〜60μm が
好ましく、1.0〜30μmが特に好ましく、2.0〜
20μmがさらに好ましい。所定の粒子サイズにするに
は、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例え
ば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、
衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェット
ミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あるいはメ
タノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要に応
じて行なうことが出来る。所望の粒径とするためには分
級を行なうことが好ましい。分級方法としては特に限定
はなく、篩、風力分級機などを必要に応じて用いること
ができる。分級は乾式、湿式ともに用いることができ
る。
【0070】本発明で用いられるより好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極材料としては、リチウム化合物
/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Wから選ばれる少
なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2になる
ように混合して合成することが好ましい。本発明で用い
られる特に好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極材
料としては、リチウム化合物/遷移金属化合物(ここで
遷移金属とは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから
選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜
2.2になるように混合して合成することが好ましい。
【0071】本発明で用いられる特に好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極材料とは、Lix QOy (ここ
でQは主として、その少なくとも一種がCo、Mn、N
i、V、Feを含む遷移金属)、x=0.2〜1.2、
y=1.4〜3)であることが好ましい。Qとしては遷
移金属以外にAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、S
b、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量
は遷移金属に対して0〜30モル%が好ましい。
【0072】本発明で用いられるさらに好ましいリチウ
ム含有金属酸化物正極材料としては、Lix CoO2
Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa Ni
1-a 2 、Lix Cob 1-b z 、Lix Cob Fe
1-b 2 、Lix Mn24 、Lix Mnc Co2-c
4 、Lix Mnc Ni2-c 4 、Lix Mnc 2-c
4 、Lix Mnc Fe2-c 4 (ここでx=0.02〜
1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、
c=1.6〜1.96、z=2.01〜2.3)が挙げ
られる。
【0073】本発明で用いられる最も好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極材料としては、Lix CoO
2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa
1-a2 、Lix Mn24 、Lix Cob 1-b
z (ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.
9、b=0.9〜0.98、z=2.01〜2.3)が
挙げられる。
【0074】ここで、上記のx値は、充放電開始前の値
であり、充放電により増減する。本発明で使用出来る導
電性の炭素化合物としては、構成された電池において、
化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でもよ
い。具体例としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛
等の天然黒鉛、石油コークス、石炭コークス、セルロー
ス類、糖類、メソフェーズピッチ等の高温焼成体、気相
成長黒鉛等の人工黒鉛等のグラファイト類、アセチレン
ブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、
チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラッ
ク等のカーボンブラック類、アスファルトピッチ、コー
ルタール、活性炭、メソフューズピッチ、ポリアセン等
を挙げることが出来る。これらの中では、グラファイト
やカーボンブラックが好ましい。
【0075】炭素系以外の導電剤として、金属繊維等の
導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金
属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィス
カー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物等を単独また
はこれらの混合物を必要に応じて含ませることが出来
る。
【0076】導電剤の合剤層への添加量は、負極材料ま
たは正極材料に対し6〜50重量%であることが好まし
く、特に6〜30重量%であることが好ましい。カーボ
ンや黒鉛では、6〜20重量%であることがが特に好ま
しい。
【0077】本発明で用いる電極合剤を保持するための
結着剤としては、多糖類、熱可塑性樹脂及びゴム弾性を
有するポリマーを一種またはこれらの混合物を用いるこ
とが出来る。好ましい結着剤としては、でんぷん、カル
ボキシメチルセルロース、セルロース、ジアセチルセル
ロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルセルロース、アルギン酸Na、
ポリアクリル酸、ポリアクリル酸Na、ポリビニルフェ
ノール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコ
ール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポ
リヒドロキシ(メタ)アクリレート、スチレン−マレイ
ン酸共重合体等の水溶性ポリマー、ポリビニルクロリ
ド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデ
ン、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共
重合体、ビニリデンフロライド−テトラフロロエチレン
−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリ
マー(EPDM)、スルホン化EPDM、ポリビニルア
セタール樹脂、メチルメタアクリレート、2−エチルヘ
キシルアクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルを
含有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(メ
タ)アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、
ビニルアセテート等のビニルエステルを含有するポリビ
ニルエステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合
体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリブタ
ジエン、ネオプレンゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオ
キシド、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテル
ポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹
脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
等のエマルジョン(ラテックス)あるいはサスペンジョ
ンを挙げることが出来る。特にポリアクリル酸エステル
系のラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが好まし
い。
【0078】これらの結着剤は単独または混合して用い
ることが出来る。その結着剤の添加量は、少ないと電極
合剤の保持力・凝集力が弱くまたサイクル性が悪く、多
すぎると電極体積が増加し電極単位体積あるいは単位重
量あたりの容量が減少し、さらに導電性が低下し、容量
は減少する。結着剤の添加量は、特に限定されないが、
1〜30重量%が好ましく、特に2〜10重量%が好ま
しい。
【0079】本発明の負極合剤または正極合剤ペースト
の調整は、水系で行なうことが好ましい。
【0080】合剤ペーストの調整は、まず活物質および
導電剤を混合し、結着剤(樹脂粉体のサスペンジョンま
たはエマルジョン(ラテックス)状のもの)および水を
加えて混練混合し、引続いて、ミキサー、ホモジナイザ
ー、ディゾルバー、プラネタリミキサー、ペイントシェ
イカー、サンドミル等の攪拌混合機、分散機で分散して
行なうことが出来る。
【0081】調整された正極活物質や負極活物質の合剤
ペーストは、集電体の上に主に塗布(コート)、乾燥、
圧縮されて用いられる。塗布は種々の方法で行なうこと
が出来るが、例えば、リバースロール法、ダイレクトロ
ール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン
法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及び
スクイーズ法を挙げることが出来る。ブレード法、ナイ
フ法及びエクストルージョン法が好ましい。塗布は、
0.1〜100m/分の速度で実施されることが好まし
い。この際、合剤ペーストの液物性、乾燥性に合わせ
て、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層
の表面状態を得ることが出来る。その塗布層の厚み、長
さや巾は、電池の大きさにより決められるが、塗布層の
厚みは、乾燥後圧縮された状態で、1〜2000μmが
特に好ましい。
【0082】ペレットやシートの水分除去のための乾燥
又は脱水方法としては、一般に採用されている方法を利
用することができ、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電
子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせて用いること
が出来る。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特
に100〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池
全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極
合剤や電解質ではそれぞれ500ppm以下にすること
が充放電サイクル性の点で好ましい。
【0083】シート状の電極合剤の圧縮は、一般に採用
されているプレス方法を用いることが出来るが、特に金
型プレス法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧
は、特に限定されないが、10kg/cm2 〜3t/c
2 が好ましい。カレンダープレス法のプレス速度は、
0.1〜50m/分が好ましい。プレス温度は、室温〜
200℃が好ましい。
【0084】本発明で使用できる正極及び負極の支持体
即ち集電体は、材質として、正極にはアルミニウム、ス
テンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金で
あり、負極には銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、
またはこれらの合金であり、形態としては、箔、エキス
パンドメタル、パンチングメタル、金網である。特に、
正極にはアルミニウム箔、負極には銅箔が好ましい。
【0085】本発明で使用できるセパレータは、イオン
透過度が大きく、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄
膜であれば良く、材質として、オレフィン系ポリマー、
フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミ
ド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、
形態として、不織布、織布、微孔性フィルムが用いられ
る。特に、材質として、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンとポリエチレンの混合体、ポリプロ
ピレンとテフロンの混合体、ポリエチレンとテフロンの
混合体が好ましく、形態として微孔性フィルムであるも
のが好ましい。特に、孔径が0.01〜1μm、厚みが
5〜50μmの微孔性フィルムが好ましい。
【0086】図1は、円筒型電池の断面を示す。電池の
形状はボタン、コイン、シート、シリンダー、角などの
いずれにも適用できる。電池は、ペレット、シート状あ
るいはセパレーター3と共に巻回した電極シート4、5
を電池缶2に挿入し、缶と電極を電気的に接続し、電解
液6を注入し封口して形成する。リング11を備えた内
部フタ体10がポリプロピレン製ガスケット1を介して
電池缶2の上部口に嵌合し、正極端子を兼ねる正極キャ
ップ8を上部に露出させる。この時、安全弁7(防爆弁
体)を封口板として用いることができる。更に電池の安
全性を保証するためにPTC素子9を用いるのが好まし
い。
【0087】本発明で使用できる有底電池外装缶は材質
としてニッケルメッキを施した鉄鋼板、ステンレス鋼板
(SUS304、SUS304L、SUS304N、S
US316、SUS316L、SUS430、SUS4
44等)、ニッケルメッキを施したステンレス鋼板(同
上)、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタ
ン、銅であり、形状として、真円形筒状、楕円形筒状、
正方形筒状、長方形筒状である。特に、外装缶が負極端
子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを
施した鉄鋼板が好ましく、外装缶が正極端子を兼ねる場
合は、ステンレス鋼板、アルミニウムまたはその合金が
好ましい。
【0088】該シート状の合剤電極は、巻いたり、折っ
たりして缶に挿入し、缶とシートを電気的に接続し、電
解質を注入し、封口板を用いて電池缶を形成する。この
とき、安全弁を封口板として用いることが出来る。安全
弁の他、従来から知られている種々の安全素子を備えつ
けても良い。例えば、過電流防止素子として、ヒュー
ズ、バイメタル、PTC素子等が用いられる。また、安
全弁のほかに電池缶の内圧上昇の対策として、電池缶に
切込を入れる方法、ガスケット亀裂方法あるいは封口板
亀裂方法を利用することが出来る。また、充電機に過充
電や過放電対策を組み込んだ回路を具備させても良い。
【0089】電解質は、全量を1回で注入してもよい
が、2段階以上に分けて行なうことが好ましい。2段階
以上に分けて注入する場合、それぞれの液は同じ組成で
も、違う組成(例えば、非水溶媒あるいは非水溶媒にリ
チウム塩を溶解した溶液を注入した後、前記溶媒より粘
度の高い非水溶媒あるいは非水溶媒にリチウム塩を溶解
した溶液を注入)でも良い。また、電解質の注入時間の
短縮等のために、電池缶を減圧(好ましくは500〜1
torr、より好ましくは400〜10torr)した
り、電池缶に遠心力や超音波をかけることを行なっても
よい。
【0090】缶やリード板は、電気伝導性をもつ金属や
合金を用いることが出来る。例えば、鉄、ニッケル、チ
タン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウム等の金属
あるいはそれらの合金が用いられる。キャップ、缶、シ
ート、リード板の溶接法は、公知の方法(例、直流又は
交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波溶接)を用いる
ことが出来る。封口用シール剤は、アスファルト等の従
来から知られている化合物や混合物を用いることが出来
る。
【0091】本発明で使用できるガスケットは、材質と
して、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セル
ロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミドであり、耐
有機溶媒性及び低水分透過性から、オレフィン系ポリマ
ーが好ましく、特にプロピレン主体のポリマーが好まし
い。さらに、プロピレンとエチレンのブロック共重合ポ
リマーであることが好ましい。
【0092】本発明の電池は必要に応じて外装材で被覆
される。外装材としては、熱収縮チューブ、粘着テー
プ、金属フィルム、紙、布、塗料、プラスチックケース
等がある。また、外装の少なくとも一部に熱で変色する
部分を設け、使用中の熱履歴がわかるようにしても良
い。
【0093】本発明の電池は必要に応じて複数本を直列
及び/または並列に組み電池パックに収納される。電池
パックには正温度係数抵抗体、温度ヒューズ、ヒューズ
及び/または電流遮断素子等の安全素子の他、安全回路
(各電池及び/または組電池全体の電圧、温度、電流等
をモニターし、必要なら電流を遮断する機能を有す回
路)を設けても良い。また電池パックには、組電池全体
の正極及び負極端子以外に、各電池の正極及び負極端
子、組電池全体及び各電池の温度検出端子、組電池全体
の電流検出端子等を外部端子として設けることもでき
る。また電池パックには、電圧変換回路(DC−DCコ
ンバータ等)を内蔵しても良い。また各電池の接続は、
リード板を溶接することで固定しても良いし、ソケット
等で容易に着脱できるように固定しても良い。さらに
は、電池パックに電池残存容量、充電の有無、使用回数
等の表示機能を設けても良い。
【0094】本発明の電池は様々な機器に使用される。
特に、ビデオムービー、モニター内蔵携帯型ビデオデッ
キ、モニター内蔵ムービーカメラ、コンパクトカメラ、
一眼レフカメラ、レンズ付きフィルム、ノート型パソコ
ン、ノート型ワープロ、電子手帳、携帯電話、コードレ
ス電話、ヒゲソリ、電動工具、電動ミキサー、自動車等
に使用されることが好ましい。
【0095】
【実施例】以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。
【0096】〔正極合剤ペーストの作成例;実施例、比
較例〕 正極活物質;LiCoO2 を次のようにして作った。炭
酸リチウムと四酸化三コバルトとを3:2のモル比で混
合したものをアルミナるつぼにいれ、空気中、毎分2℃
で750℃に昇温し4時間仮焼した後、さらに毎分2℃
の速度で900℃に昇温しその温度で8時間焼成し、そ
の後粉砕してLiCoO2 の粒子粉末を作成した。作成
したLiCoO2 粒子は、中心粒子サイズが5μm、洗
浄品50gを100mlの水に分散した時の分散液の電
導度は0.6mS/m、pHは10.1、窒素吸着法に
よる比表面積は0.42m2 /gであった。このLiC
oO2 粒子200gとアセチレンブラック10gとを、
ホモジナイザーで混合し、続いて結着剤として2−エチ
ルヘキシルアクリレートとアクリル酸とアクリロニトリ
ルの共重合体の水分散物(固形分濃度50重量%)8g
と、濃度2重量%のカルボキシメチルセルロース水溶液
60gを加え混練混合し、さらに水50gを加え、ホモ
ジナイザーで攪拌混合し、正極合剤ペーストを作成し
た。
【0097】〔負極合剤ペーストの作成例〕 負極活物質;SnGe0.1 0.5 0.58Mg0.1 0.1
3.35(一酸化錫6.7g、ピロリン酸錫10.3g、
三酸化二硼素1.7g、炭酸カリウム0.7g、酸化マ
グネシウム0.4g、二酸化ゲルマニウム1.0gを乾
式混合し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下
15℃/分で1000℃まで昇温し、1100℃で12
時間焼成した後、10℃/分で室温にまで降温し焼成炉
より取り出したものを集め、ジェットミルで粉砕したも
の、(平均粒径4.5μm 、CuKα線を用いたX線回
折法において2θ値で28°付近に頂点を有するブロー
ドなピークを有する物であり、2θ値で40°以上70
°以下には結晶性の回折線は見られなかった)200g
と、導電剤(人造黒鉛)30gとをホモジナイザーで混
合し、さらに結着剤として濃度2重量%のカルボキシメ
チルセルロース水溶液50g、ポリフッ化ビニリデン1
0gとを加え混合したものと、さらに水を30g加え混
練混合し、負極合剤ペーストを作成した。
【0098】〔正極および負極電極シートの作成〕上記
で作成した正極合剤ペーストをブレードコーターで厚さ
30μmのアルミニウム箔集電体の両面に、塗布量40
0g/m2 、圧縮後のシートの厚みが280μmになる
ように塗布し、乾燥した後、ローラープレス機で圧縮成
型し所定の大きさに裁断し、帯状の正極シートを作成し
た。さらにドライボックス(露点;−50℃以下の乾燥
空気)中で遠赤外線ヒーターにて充分脱水乾燥し、正極
シートを作成した。
【0099】同様に、負極合剤ペーストを20μmの銅
箔集電体に塗布し、上記正極シート作成と同様の方法
で、塗布量70g/m2 、圧縮後のシートの厚みが90
μmである負極シートを作成した。
【0100】〔電解質生成例〕アルゴン雰囲気で、20
0ccの細口のポリプロピレン容器に65.3gの炭酸
ジエチルを入れ、これに液温が30℃を越えないように
注意しながら、22.2gの炭酸エチレンを少量ずつ溶
解した。次に、0.4gのLiBF4 、12.1gのL
iPF6 を液温が30℃を越えないように注意しなが
ら、それぞれ順番に、上記ポリプロピレン容器に少量ず
つ溶解した。
【0101】得られた電解質は比重1.135で無色透
明の液体であった。水分は18ppm(京都電子製 商
品名MKC−210型カールフィシャー水分測定装置で
測定)、遊離酸分は24ppm(ブロムチモールブルー
を指示薬とし、0.1規定NaOH水溶液を用いて中和
滴定して測定)であった。
【0102】〔シリンダー電池の作成例〕図1に示すよ
うに、正極シート5、微孔性ポリプロピレンフィルム製
セパレーター、負極シート4およびセパレーター3の順
に積層し、これを渦巻き状に巻回した。この巻回体を、
負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の有底円
筒型電池缶2に収納した。さらに電解質6を電池缶2内
に注入した。正極端子を有する電池蓋8、PCT素子
9、防爆弁体7等を重ね、ガスケット1を介してかしめ
て円筒型電池を作成した。
【0103】(実施例1)容積0.5リットルのステン
レス容器に0.2リットルの非水電解質を満たし残りの
容積を露点−55℃温度20℃の空気で満たした。該容
器を振幅5センチメートル周波数5ヘルツで180秒シ
ェイキングし、5分後に電池に注入した。
【0104】(実施例2)容積1リットルのステンレス
容器に0.5リットルの非水電解質を満たし残りの容積
を露点−53℃の空気で満たした。該容器内部中央に長
さ5センチメートルの攪拌羽を、容器壁面に幅3センチ
メートルの邪魔板を設置し、該攪拌羽を300rpmで
60秒回転させ電解質をシェイキングし、5分後に電池
に注入した。
【0105】(実施例3)容積0.5リットルのステン
レス容器に0.3リットルの非水電解質を満たし、上部
蓋を開放し、ここから風速3メートル露点−57℃の空
気風を1時間吹き込み、10分後に電池に注入した。
【0106】(実施例4)容積0.5リットルのPFA
製ガス洗浄瓶(内部に直径25mmのボールフィルター
を有し、ボールフィルター孔径10μm)に0.4リッ
トルの非水電解質を入れ、ボールフィルターに露点−5
0℃温度20℃の空気を2リットル/分の割合で3分送
り込んでバブリング処理し、5分後に電池に注入した。
【0107】(実施例5)空気の露点が−30℃である
事以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0108】(実施例6)空気の露点が−40℃である
事以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0109】(実施例7)非水電解質及び空気の温度を
5℃に冷却した以外は実施例4と同様に電池を作成し
た。
【0110】(実施例8)非水電解質を空気吹き込み処
理から2時間後に電池に注入した以外は実施例4と同様
に電池を作成した。
【0111】(比較例1)空気吹き込み処理をしない非
水電解質を用い、電池を作成した。
【0112】(比較例2)空気の露点が−20℃である
事以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0113】上記の方法で作成した電池について、電流
密度5mA/cm2 、充電終止電圧4.1V、放電終止
電圧2.8Vの条件で充放電し、サイクル寿命を求め
た。
【0114】それぞれの電池のサイクル性(充放電1回
目に対する300回目容量の割合)を表1に示す。
【0115】
【表1】 実施例1 85% 実施例2 84% 実施例3 83% 実施例4 85% 実施例5 78% 実施例6 80% 実施例7 87% 実施例8 80% 比較例1 70% 比較例2 65%
【0116】比較例1と比較したこれらの実施例から明
らかなように、空気吹き込み処理をした電解質を用いれ
ば、放電容量の大きな非水電解質二次電池の充放電サイ
クル特性を向上させることができる。
【0117】空気の露点が−30℃である実施例5の結
果(78%)と空気の露点を−20℃とした比較例2の
結果(65%)から空気の露点は−30℃以下であるこ
とが好ましい。但し、露点を−80℃未満に下げる必要
は少ないであろう。露点を−80℃よりも低くすること
は、製造コスト上困難である。また、水分量が数ppm
になるので、露点を−80℃より低くしても実質的な差
はほとんどなくなる。
【0118】また、空気吹き込み処理後5分で電池に注
入した実施例4の結果(85%)と処理後2時間で電池
に注入した実施例8の結果(80%)から空気吹き込み
処理後1時間以内に非水電解質を電池に注入することが
好ましい。
【0119】空気の温度は実施例4の20℃よりも実施
例7の5℃の場合に良好な結果が得られている。空気の
温度は−10℃から20℃が好ましいであろう。
【0120】実施例3では風速3mの空気風を1時間吹
き込んだが、風速0.1mから10mの空気風を6時間
から0.1時間吹かせても良好な結果が得られてるであ
ろう。
【0121】
【発明の効果】本発明のように、空気吹き込み処理をし
た電解質を用いることにより、充放電繰り返しによる放
電容量の少ない非水電解質二次電池を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実施例に使用したシリンダー型電池の断
面図を示す。
【符号の説明】
1 ポリプロピレン製ガスケット 2 負極端子を兼ねる負極缶(電池缶) 3 セパレーター 4 負極シート 5 正極シート 6 非水電解液 7 防爆弁体 8 正極端子を兼ねる正極キャップ 9 PTC素子 10 内部フタ体 11 リング

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を
    含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から
    選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非
    晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からな
    る負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレータ
    ーを有する非水電解質二次電池に於いて、該非水電解質
    が空気吹き込み処理されていることを特徴とする非水電
    解質二次電池。
  2. 【請求項2】該負極材料の少なくとも一種が、一般式
    (1)で示され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。 M12p4q6r 一般式(1) (式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、P
    b、P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種、
    4 はLi、K、Na、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba
    から選ばれる少なくとも一種、M6 はO、S、Teから
    選ばれる少なくとも一種、p 、q は各々0.001〜1
    0、r は1.00〜50の数字を表す。)
  3. 【請求項3】リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を
    含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から
    選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非
    晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からな
    る負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレータ
    ーを有する非水電解質二次電池の製造方法であって、該
    非水電解質を電池内に注入する前に、該非水電解質に空
    気吹き込み処理を行なうことを特徴とする非水電解質二
    次電池の製造方法。
  4. 【請求項4】前記空気吹き込み処理が、空気と非水電解
    質を容器に入れ、該非水電解質が十分空気と接触するよ
    うにシェイキングして実施されている、請求項3記載の
    非水電解質二次電池の製造方法。
  5. 【請求項5】前記空気吹き込み処理が、非水電解質の液
    面上に風速0.1メートルから10メートルの空気風を
    0.1時間から6時間吹かせて実施されている、請求項
    3記載の非水電解質二次電池の製造方法。
  6. 【請求項6】前記空気吹き込み処理が、非水電解質中に
    ノズルから空気を泡状に吹き込んで実施される、請求項
    3記載の非水電解質二次電池の製造方法。
  7. 【請求項7】前記空気が露点−80℃から−30℃であ
    る、請求項3〜6のいずれか1項に記載の非水二次電池
    の製造方法。
  8. 【請求項8】前記空気吹き込み処理が、温度−10℃か
    ら20℃で実施される、請求項3〜7のいずれか1項に
    記載の非水二次電池の製造方法。
  9. 【請求項9】前記空気吹き込み処理が、該非水電解質を
    電池内に注入する前1時間以内に実施されている、請求
    項3〜8のいずれか1項に記載の非水二次電池の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009123382A (ja) * 2007-11-12 2009-06-04 Univ Waseda 電解液、リチウム二次電池、及びリチウム二次電池の製造方法
JP2021510904A (ja) * 2018-01-16 2021-04-30 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation 再充電可能な金属ハロゲン化物バッテリー
US12288877B2 (en) 2020-07-13 2025-04-29 International Business Machines Corporation Rechargeable metal halide battery with intercalation anode

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