JPS6086760A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JPS6086760A
JPS6086760A JP58195631A JP19563183A JPS6086760A JP S6086760 A JPS6086760 A JP S6086760A JP 58195631 A JP58195631 A JP 58195631A JP 19563183 A JP19563183 A JP 19563183A JP S6086760 A JPS6086760 A JP S6086760A
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JP
Japan
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lithium
negative electrode
alloy
secondary battery
aluminum
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Application number
JP58195631A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Toyoguchi
豊口 吉徳
Shiro Nankai
史朗 南海
Junichi Yamaura
純一 山浦
Toru Matsui
徹 松井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
    • 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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非水電解質二次電池VC関するもので、4?
に充電時にアルカリ金属を吸蔵し、放電時しくアルカリ
金属イオンを放出する機能を有する迎極拐料の改良に関
する。
従来例の構成とその問題点 現在1で、リチウム、すトリウムなとのアルカリ今風を
負極とする非水電j+イ質二次′1b7曲として(d二
、たとえば、二硫化チタン(Ti52)をf(−tじめ
各科の層間化合物などを正極活物質として用い、電Wl
 q’l、としては、炭酸プロピレンなとの有機溶媒に
過」j1N素酸リチウムなどを溶解したイJ4殿電解質
を用いる電池の開発が活発に進められてきた。この二次
電池の特徴は、負極にリチウムを用いることにより、電
油電圧が高くなり、高エネルギー密度の二次電池となる
ことである。
しかし・この種の二次電池は、現在、寸だ実用化されて
いない。その主な理由は、充放電回数のノを命か旬り、
寸だ充放電に際しての充放電効率か低い/Cめである。
この原因は、リチウム負極の劣化に1:るところか非常
に太きい。すなわち、現在のリチウム負イウハニッケル
などのスクリーン状集電体に板状の金属リチウムを圧着
したものが主に月1いられているが、放電時に金属リチ
ウムは、竜角It qa中にリチウムイオンとして溶解
する0しかし、これを充電して、放電前のような板状の
リチウムに析出させることは難しく、デンドライト状(
樹枝状)のリチウムか発生してこれが根元より折れて脱
落したり、あるいは小球状(苔状)に析出したリチウム
が集電体より鋭落するなどの現象が起こる。このため充
放電が不能の電池となってし捷う。斗た発生したデンド
ライト状の金属リチウムか、正極、負極間を隔離してい
るセパレータを貫通して正極に接し短絡を起こし、電池
の機能を失わぜるようなことも度々化じる。
このような負極の欠点を改良するための方法は従来から
各種試みられている。一般的には、負極集電体のイ]料
を替えて析出するリチウムとの密着性を良くしたり、あ
るい(寸竜角「は引] ((テントライト発生防止の添
加剤を加えたりする方法か報告されている。しかし、こ
れらの方法に必ずしも効果的ではない。すなわち、集電
体材料に関しては、集電体材料に直接析出するリチウム
に有効であるが、更に充電(析出)を続けると析出リチ
ウム上へリチウムが析出することになり、集電体月別の
効果は消失する。また添加剤に関しても、充放電サイク
ルの初期では有効であるが、サイクルが進むと電池内で
の酸化還元反応なとに」:り分解し、その効果がなくな
るものが殆んどである。
さらに負極として、リチウムとの合金を用いることが提
案されている。この例としては、リチウム−アルミニウ
ム合金がよく知られている。この場合は、一応均一の合
金が形成されるが、充放電をくり返すとその均一性を消
失し、特にリチウム量を多くすると電極が微粒化し崩壊
するなどの欠点があった0才た、銀とアルカリ金属との
固射体を用いることも提案されている(4.1開昭56
−7386)。この場合は、アルミニウムとの合金のよ
うな崩壊はないとされているが、十分に速く合金化する
リチウムの量は少なく、金属状のリチウムが合金化しな
いit析出する場合があり、これを防ぐために多孔体の
使用などを推奨している。
し/(がって、大電流の充電効果は悪く、またリチウム
量の多い合金は、充放電による微細化が徐々に加速され
、サイクル寿命が急激に減少する。
この他にはリチウム−水銀合金を用いる考案(特開昭5
7−98978)、リチウム−鉛合金を用いる考案(q
、′に開昭57−141869)がある。しかし、リチ
ウム−水銀合金の場合は、放電により、負極は液状粒子
の水銀となシミ概形状全保持しなくなる。丑だ、リチウ
ム−鉛合金の場合は、電極の充放電による微細粉化は銀
固溶体以上である。
最近、スズ、カドミウムなどからなる可融合金を負極制
料とすることが提案された。この可融合金を用いること
により、負極の微細粉化は起こらず、安定した充放電を
行うことができる。しがしこの可融合金系では、スズ、
カドミウム、ビスマス、鉛など原子辰の大きい全屈、を
1月いるため(・ζ、単位重量描た9の充放電fi′は
小さい。
発明の目的 本発明は、単位重弗蟲たりの充放電界f11が大きく、
かつ充放電をくり返しても電極の微細粉化か起こらず安
定した性能を示す負極を提供することを目的とする。
発明の構成 本発明の二次電池は、アルミニウムーマグネシウム合金
またはアルミニウムーマグネシウム合金にケイ素、スズ
、亜鉛及び銀よりなる群から選んだ少なくとも一つを添
加した合金を負極材料に用いることを特徴とし、充電に
より負(・12月に用いた合金中にリチウムアルミニウ
ム金属間化合物の形でリチウムを吸蔵させ、放電により
電解竹中にリチウムイオンとして放出させるものである
。
前記のように本発明の二次電池においては、負極材料合
金に充電によりアルカリ金属、例えd[リチウムを吸蔵
させ、放電により電解竹中にリチウムを放出させるもの
であるので、充電により負極AA料金合金リチウムの合
金がてきることとなる。
ここて、負極材料とは、リチウムと合金を作る以rii
+の合金である。
例えば、70重量係のアルミニウムと30重量係のマグ
ネシウムよりなる合金(Al (70) −Mg(30
)〕を用い/こときの充放電反応は次式のようになる。
CAl (70) −Mg (30) ’)+XL1+
 xe式中〔A1(了o) −Mg (30) 〕Li
Xは充電により生成したアツベニウム−マグネシウム−
リチウム合金を示す。
また、充放電の範囲としては、(1)式のように完全に
負極中よりリチウムがなくなるまで放電する必要はなく
、(2)式のように負極中に吸蔵されたリチウム量を変
えるようにして、充放電ができることは当然である0 (Al (70) Mg (30) 〕Lix +YL
L + Ye発明者らは、アルミニウムーマグネシウム
合金を負極材料として、リチウムイオンを含む電IQイ
′1′j中で充放電を行っても、電極の微細粉化は起こ
らず、寸た負極材料の単位重量当たりの充放電(I:も
大きいことを見い出した。
アルミニウム単体を負極材料とした場合t/(ijl、
充放電のくり返しにより微細粉化し、電極形状は保てな
くなる。一方、マグネシウム単体を負極拐料とし′に場
合には、充放電をくり返1.−Cも市、極の形状は安定
であるが、充放電の1じ気量に小さい。
すなわち、アルミニウムーマグネシウム合金とすること
により、充放電をくり返しても、マグネ/ラムが存在す
ることにより微粉化が起こらず形状が安定し、アルミニ
ウムの存在により充放電電気量が大きくなったと考えら
れる。つ甘り充7M電を行う生活物質がアルミニウムで
、マグネシウムにj、結着剤の働きをしていると考えら
れる。
さらに、アルミニウムーマグネシウム合金に、ケイ素、
スズ、亜鉛及び銀よりなる群から選んだ少なくとも一種
を添加した合金においては、充放itl′lL「:気量
けさらに大きくなる。これらの金属を添加することによ
り、合金中に多くの相ができ、相の界面に浴って吸蔵さ
れたリチウムの拡散が容易になるためと考えられる。
実旋例の説明 第1[ン1に示し/こセルを構成して、各種金属や合金
の非水電解質二次電池の負極としての特性を調へ/ら0
図中、1は横側した金属または合金よりなる試験極、2
はTiS2 よりなる正極、3は照合電楡としてのリチ
ウム板である。各々の電極のリードにはニッケル紳を用
いた。試験極1は大きさ1X 1 Cm、厚さ1mmの
金属あるいは合金に、リードとしてニッケルリボンをと
りつけた。
’1l)tpt質4には、1 モル/ l (7) L
iC10,i溶カシた炭酸プロピレンを用いた。試験極
1の液槽5と照合極3の液槽6とは連通管7で接続され
ている。
金属や合金の非水電解質二次電池の負極としての特性を
測定するために、試験極1の電位が、リチウム照合電極
3に対してOmVになる壕で5mAの定電流でカソード
方向に充電した。この条件でば、試験極上にリチウムは
析出せず、合金中に入る。試験極の電位かOmVに達し
た後、照合電極3に対して1.oVになる寸で、5mA
の定電流でアノード方向に放電し、その後充電、放電を
同じ条件で繰り返した。
表には、試験極1に用いた合金寸たは金属の第1サイク
ルと第10サイクルにおける負極材料の単位重量当たり
の充電電気量、放電電気量、および効率として放電電気
量を充電電気量で除したもの、サイクル特性として第1
0ザイクルの放電電気量を第1ザイクルの放電電気−で
除したものを示す。負極材料の単位重量当たりの充電、
電気量、放電電気量、効率、サイクル特性の数値が犬で
ある程よい負極と言える。
表の結果より、非水電解質二次電池用負極*): Ki
+とじて、従来用いられて来たアルミニウム、マグネシ
ウム、可融合金と比べ、本発明のアルミニウムーマグネ
シウム合金、この合金にさらにケイ素。
亜鉛、スズ)銀を添加した合金を負極材料に用いること
により、より単位重量当たりの充放’tJj:電気量が
犬きく、サイクル何件の良好な二次電池を得ることがで
きる。
次に、負極材料に用いる合金の組成を検討した結果を説
明する。第2図は、アルミニウムーマグネシウム合金中
のマグネシウムの含量を変えた時の、負極材料の単位重
量当たりの第10ザイクルでの放都、電気量をプロット
したものである。なお、試験法は前記のfllと同じで
ある。図より合金の組成は、アルミニウム/マグネシウ
ムの重量比が86 / i 5から35 / 6 sの
時に良好な負極特性を示すことがわかる。
アルミニウムーマグネシウム合金中のマグネシウムが1
5重量係未満の時には、充放電サイクルの進行とともに
極板の微細粉化脱落が顕著になった。また、65重量係
を超えるとアルミニウムの情か減ることKなり充放電電
気量は低下した。
首だ、電解質として、実施例に示したような有機電解質
だけでなく、Li3N (窒化リチウム)やLiI (
ヨウ化リチウム)などの固体電解質を用いた場合にも、
本発明のアルミニウムーマグネシウム合金は従来の負極
材料に比べ良好な特性を示しゾこ0 発明の効果 1、:l上のように、本発明によれば単位重量当たりの
充放電電気量が大きく、サイクル特性の優れた非水電解
質二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は負極特性の検討に用いたセルの構成図、第2図
は合金の組成と放電電気量の関係を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルカリ金属イオンを含む非水電解質と、再充電
    可能な正極と、充電時にアルカリ金属を吸蔵し放電時に
    電解質中ヘアルカリ金属イオンを放出する負極材料とを
    備え、前記負極材料が、アルミニウムとマグネシウムの
    合金からなることを特徴とする非水電解質二次電池。
  2. (2)前記合金のアルミニウム/マグネシウムの重力1
    比が85/15〜35 / e sの範囲にある特許請
    求の範囲第1項記載の非水電解質二次電池。
  3. (3)アルカリ金属イオンを含む非水電解質と、再充電
    可能な正極と、充電時にアルカリ金属を吸蔵し放電時に
    電解質中ヘアルカリ金属イオンを放出する負極材料とを
    備え、前記負極材料が、スズ、ケイ素、亜鉛及び銀より
    なる群から選んだ少なくとも一種とアルミニウム及びマ
    グネシウムよりなる合金からなることを特徴とする非水
    電解質二次電池。
JP58195631A 1983-10-19 1983-10-19 非水電解質二次電池 Pending JPS6086760A (ja)

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