JPH113698A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
リチウムイオン二次電池Info
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- JPH113698A JPH113698A JP9171126A JP17112697A JPH113698A JP H113698 A JPH113698 A JP H113698A JP 9171126 A JP9171126 A JP 9171126A JP 17112697 A JP17112697 A JP 17112697A JP H113698 A JPH113698 A JP H113698A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】３種の複合酸化物を混合使用することにより、
リチウムマンガン複合酸化物を基本とする安価かつ高容
量でサイクル特性の優れた正極活物質を備える電池を提
供する。 【解決手段】リチウム化合物を活物質とする正極を備え
たリチウムイオン電池において、活物質が、リチウムニ
ッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物及びリ
チウムマンガン複合酸化物の３種混合物からなることを
特徴とする。
リチウムマンガン複合酸化物を基本とする安価かつ高容
量でサイクル特性の優れた正極活物質を備える電池を提
供する。 【解決手段】リチウム化合物を活物質とする正極を備え
たリチウムイオン電池において、活物質が、リチウムニ
ッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物及びリ
チウムマンガン複合酸化物の３種混合物からなることを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、リチウム化合物
を活物質とする正極を備えたリチウムイオン二次電池に
属する。
を活物質とする正極を備えたリチウムイオン二次電池に
属する。
【０００２】
【従来の技術】リチウムイオンを炭素などのホスト物質
（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放
出できる物質をいう。）に吸蔵させたインターカレーシ
ョン化合物を負極材料とするリチウムイオン電池は、高
エネルギー密度を有し、且つ軽量であるうえ、金属リチ
ウムを使用していないので安全性が高い。従って、携帯
用無線電話、携帯用パソコン、携帯用ビデオカメラ等の
小型携帯電子機器用の電源として広範な利用が期待され
ている。
（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放
出できる物質をいう。）に吸蔵させたインターカレーシ
ョン化合物を負極材料とするリチウムイオン電池は、高
エネルギー密度を有し、且つ軽量であるうえ、金属リチ
ウムを使用していないので安全性が高い。従って、携帯
用無線電話、携帯用パソコン、携帯用ビデオカメラ等の
小型携帯電子機器用の電源として広範な利用が期待され
ている。
【０００３】リチウムイオン電池は、上記ホスト物質を
含む負極合剤を負極集電体に保持してなる負極板と、リ
チウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化
物のようにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をす
る正極活物質を含む正極合剤を正極集電体に保持してな
る正極板と、電解質を保持するとともに負極板と正極板
との間に介在して両極の短絡を防止するセパレータとを
備えている。電解質は通常ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6等の
リチウム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒からなる
が、固体電解質でも良い。ただし、電解質が固体の場合
はセパレータは必須でない。
含む負極合剤を負極集電体に保持してなる負極板と、リ
チウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化
物のようにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をす
る正極活物質を含む正極合剤を正極集電体に保持してな
る正極板と、電解質を保持するとともに負極板と正極板
との間に介在して両極の短絡を防止するセパレータとを
備えている。電解質は通常ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6等の
リチウム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒からなる
が、固体電解質でも良い。ただし、電解質が固体の場合
はセパレータは必須でない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】正極活物質としては、
上記のリチウムコバルト複合酸化物及びリチウムニッケ
ル複合酸化物の他に、リチウムマンガン複合酸化物も知
られている。このうちリチウムコバルト複合酸化物は、
安定した放電電圧で高い放電容量を得ることができるう
えに、放電により電子伝導性が発現する（LiCoO2の導電
率は10-2S／cm）ため導電助剤は３％以下で十分性能を
発揮するが、高価である。リチウムニッケル複合酸化物
は、放電容量が最も大きいが、放電に伴って電圧が降下
するので、大電流性能に劣る。
上記のリチウムコバルト複合酸化物及びリチウムニッケ
ル複合酸化物の他に、リチウムマンガン複合酸化物も知
られている。このうちリチウムコバルト複合酸化物は、
安定した放電電圧で高い放電容量を得ることができるう
えに、放電により電子伝導性が発現する（LiCoO2の導電
率は10-2S／cm）ため導電助剤は３％以下で十分性能を
発揮するが、高価である。リチウムニッケル複合酸化物
は、放電容量が最も大きいが、放電に伴って電圧が降下
するので、大電流性能に劣る。
【０００５】この点、リチウムマンガン複合酸化物は、
安価で、高温でも分解し難く安全である。従って、電気
自動車などの１０Ａｈ以上の容量が必要とされる電池に
有利である。しかし、リチウムマンガン複合酸化物は、
電子伝導性がリチウムコバルト複合酸化物のそれより２
桁以上低いので導電助剤としての炭素などを５％以上
（通常は１０％）添加しなければならず、その結果、エ
ネルギー密度が低い。放電容量が小さい、特に大電流で
の放電容量が小さい等の欠点を有し、また充放電時の膨
張収縮による導電マトリックスの崩壊による抵抗増によ
り、サイクル特性の劣化が大きい。等の多くの課題を有
する。
安価で、高温でも分解し難く安全である。従って、電気
自動車などの１０Ａｈ以上の容量が必要とされる電池に
有利である。しかし、リチウムマンガン複合酸化物は、
電子伝導性がリチウムコバルト複合酸化物のそれより２
桁以上低いので導電助剤としての炭素などを５％以上
（通常は１０％）添加しなければならず、その結果、エ
ネルギー密度が低い。放電容量が小さい、特に大電流で
の放電容量が小さい等の欠点を有し、また充放電時の膨
張収縮による導電マトリックスの崩壊による抵抗増によ
り、サイクル特性の劣化が大きい。等の多くの課題を有
する。
【０００６】それ故、この発明の目的は、３種の複合酸
化物を混合使用することにより、リチウムマンガン複合
酸化物を基本とする安価かつ高容量でサイクル特性の優
れた正極活物質を備える電池を提供することにある。
化物を混合使用することにより、リチウムマンガン複合
酸化物を基本とする安価かつ高容量でサイクル特性の優
れた正極活物質を備える電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質
が、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複
合酸化物及びリチウムマンガン複合酸化物の３種混合物
からなることを特徴とする。
に、この発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質
が、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複
合酸化物及びリチウムマンガン複合酸化物の３種混合物
からなることを特徴とする。
【０００８】この特徴を有することにより、リチウムコ
バルト複合酸化物の高容量と電子伝導性、リチウムニッ
ケル複合酸化物の高容量、リチウムマンガン複合酸化物
の低価格と導電助剤量の低減化が発現し、容量、サイク
ル、価格の全ての面でバランスのとれた正極を得ること
ができる。
バルト複合酸化物の高容量と電子伝導性、リチウムニッ
ケル複合酸化物の高容量、リチウムマンガン複合酸化物
の低価格と導電助剤量の低減化が発現し、容量、サイク
ル、価格の全ての面でバランスのとれた正極を得ること
ができる。
【０００９】３種混合物中のリチウムマンガン複合酸化
物の含有量が２５重量％未満であると実電池においてリ
チウムマンガン複合酸化物の安全性が発揮され難くなる
ので、２５重量％以上が好ましい。また、リチウムニッ
ケル複合酸化物とリチウムコバルト複合酸化物との合計
含有量は２０重量％以上が好ましい。これ以上であると
き、特に大電流放電容量が高くなるからである。
物の含有量が２５重量％未満であると実電池においてリ
チウムマンガン複合酸化物の安全性が発揮され難くなる
ので、２５重量％以上が好ましい。また、リチウムニッ
ケル複合酸化物とリチウムコバルト複合酸化物との合計
含有量は２０重量％以上が好ましい。これ以上であると
き、特に大電流放電容量が高くなるからである。
【００１０】更にリチウムマンガン複合酸化物の平均粒
径をｄｍ、リチウムニッケル複合酸化物及びリチウムコ
バルト複合酸化物の各平均粒径のうちｄｍに近い方の平
均粒径をｄｎｃとするとき、ｄｍとｄｎｃとの差が０．
５μｍ以上であると好ましい。粒径に差をつけることに
より、最密に充填され、その結果結着剤を減らすことが
できるからである。
径をｄｍ、リチウムニッケル複合酸化物及びリチウムコ
バルト複合酸化物の各平均粒径のうちｄｍに近い方の平
均粒径をｄｎｃとするとき、ｄｍとｄｎｃとの差が０．
５μｍ以上であると好ましい。粒径に差をつけることに
より、最密に充填され、その結果結着剤を減らすことが
できるからである。
【００１１】
［実施例１］これは、本発明のビーカー試験での実施例
である。平均粒径１μｍの市販のＬｉＭｎ2Ｏ4、同１．
５μｍの市販のＬｉＣｏＯ2及び同０．７μｍの市販の
ＬｉＮｉＯ2を表１に示す割合で混合し、混合物９１重
量部に結着剤であるポリフッ化ビニリデン６重量部と導
電剤であるアセチレンブラック３重量部を混合してＮ−
メチル−２−ピロリドンを適宜加えペースト状に調整し
た後、その合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面
に塗布し、乾燥し加圧することによって、正極板を作成
した。
である。平均粒径１μｍの市販のＬｉＭｎ2Ｏ4、同１．
５μｍの市販のＬｉＣｏＯ2及び同０．７μｍの市販の
ＬｉＮｉＯ2を表１に示す割合で混合し、混合物９１重
量部に結着剤であるポリフッ化ビニリデン６重量部と導
電剤であるアセチレンブラック３重量部を混合してＮ−
メチル−２−ピロリドンを適宜加えペースト状に調整し
た後、その合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面
に塗布し、乾燥し加圧することによって、正極板を作成
した。
【００１２】この正極板をＬｉ金属からなる負極板とと
もに、ＬｉＣｌＯ4を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレンカーボ
ネート：ジエチルカーボネート＝１：１（体積比）の混
合液からなる電解液に浸けた。
もに、ＬｉＣｌＯ4を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレンカーボ
ネート：ジエチルカーボネート＝１：１（体積比）の混
合液からなる電解液に浸けた。
【００１３】正極板に１ｍＡで終止電圧４．１Ｖまでの
定電流充電した後、１ｍＡ（放電率０．２Ｃ）、５ｍＡ
（同１Ｃ）又は１０ｍＡ（同２Ｃ）の定電流で終止電圧
３．０Ｖまで放電した。そのときの放電容量を表１に併
記するとともに図１に打点した。図１で縦軸が放電容
量、横軸が上記混合物中のＬｉＣｏＯ2及びＬｉＮｉＯ2
の合計重量比を示す。また、表１でＮｉ欄、Ｃｏ欄、
（Ｎｉ＋Ｃｏ）欄及びＭｎ欄は、各々ＬｉＮｉＯ2、Ｌ
ｉＣｏＯ2、（ＬｉＮｉＯ2＋ＬｉＣｏＯ2）及びＬｉＭ
ｎ2Ｏ4の重量比を示す。
定電流充電した後、１ｍＡ（放電率０．２Ｃ）、５ｍＡ
（同１Ｃ）又は１０ｍＡ（同２Ｃ）の定電流で終止電圧
３．０Ｖまで放電した。そのときの放電容量を表１に併
記するとともに図１に打点した。図１で縦軸が放電容
量、横軸が上記混合物中のＬｉＣｏＯ2及びＬｉＮｉＯ2
の合計重量比を示す。また、表１でＮｉ欄、Ｃｏ欄、
（Ｎｉ＋Ｃｏ）欄及びＭｎ欄は、各々ＬｉＮｉＯ2、Ｌ
ｉＣｏＯ2、（ＬｉＮｉＯ2＋ＬｉＣｏＯ2）及びＬｉＭ
ｎ2Ｏ4の重量比を示す。
【００１４】
【表１】 図１に見られるように、ＬｉＣｏＯ2及びＬｉＮｉＯ2の
合計含有量が４０重量％以上で放電容量が高くなった。
特にＬｉＣｏＯ2の含有量が２０重量％以上で放電率２
Ｃの高率放電特性が良かった。
合計含有量が４０重量％以上で放電容量が高くなった。
特にＬｉＣｏＯ2の含有量が２０重量％以上で放電率２
Ｃの高率放電特性が良かった。
【００１５】［実施例２］これは、本発明の実電池での
実施例である。正極板は、実施例１で作成したものを使
用した。負極板４は、厚さ２０μｍの銅箔からなる集電
体の両面に、ホスト物質としてのグラファイト（黒鉛）
８６部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン１４部と
を混合しペースト状に調製した合剤を塗布し、乾燥し加
圧することによって製作された。
実施例である。正極板は、実施例１で作成したものを使
用した。負極板４は、厚さ２０μｍの銅箔からなる集電
体の両面に、ホスト物質としてのグラファイト（黒鉛）
８６部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン１４部と
を混合しペースト状に調製した合剤を塗布し、乾燥し加
圧することによって製作された。
【００１６】セパレータは、ポリエチレン微多孔膜であ
る。また、電解液は、ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌ含むエ
チレンカーボネート：ジエチルカーボネート＝１：１
（体積比）の混合液である。
る。また、電解液は、ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌ含むエ
チレンカーボネート：ジエチルカーボネート＝１：１
（体積比）の混合液である。
【００１７】電池要素の各々の寸法は、正極板が厚さ２
００μｍ、幅１７５ｍｍで、セパレータが厚さ３５μ
ｍ、幅２００ｍｍで、負極板が厚さ１５０μｍ、幅１８
０ｍｍとなっており、順に重ね合わせてポリエチレンの
巻芯を中心として、その周囲に長円渦状に巻いた後、電
池ケースに収納した。電池ケースは、直径６６ｍｍ、高
さ２２０ｍｍの円筒形で、材質はステンレス３０４であ
る。電池ケースの蓋上部には電解液注入用の孔が、底部
には安全弁が各々設けられている。電池の側面から釘を
貫通させたところ、正極活物質中のＬｉＭｎ2Ｏ4含有量
が２０重量％以下の電池で安全弁が作動した。３０重量
％以上のものは作動しなかった。
００μｍ、幅１７５ｍｍで、セパレータが厚さ３５μ
ｍ、幅２００ｍｍで、負極板が厚さ１５０μｍ、幅１８
０ｍｍとなっており、順に重ね合わせてポリエチレンの
巻芯を中心として、その周囲に長円渦状に巻いた後、電
池ケースに収納した。電池ケースは、直径６６ｍｍ、高
さ２２０ｍｍの円筒形で、材質はステンレス３０４であ
る。電池ケースの蓋上部には電解液注入用の孔が、底部
には安全弁が各々設けられている。電池の側面から釘を
貫通させたところ、正極活物質中のＬｉＭｎ2Ｏ4含有量
が２０重量％以下の電池で安全弁が作動した。３０重量
％以上のものは作動しなかった。
【００１８】
【発明の効果】安価で安全で高率放電容量の高い電池を
得ることができる。
得ることができる。
【図１】 ＬｉＣｏＯ2及びＬｉＮｉＯ2の合計含有量と
放電容量との関係を測定したグラフである。
放電容量との関係を測定したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福永 孝夫 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 １番地 日本電池株式会社内 (72)発明者 水谷 実 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 １番地 日本電池株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】リチウム化合物を活物質とする正極を備え
たリチウムイオン電池において、活物質が、リチウムニ
ッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物及びリ
チウムマンガン複合酸化物の３種混合物からなることを
特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 【請求項２】３種混合物中のリチウムマンガン複合酸化
物の含有量が２５％以上である請求項１に記載のリチウ
ムイオン二次電池。 - 【請求項３】３種混合物中のリチウムニッケル複合酸化
物とリチウムコバルト複合酸化物との合計含有量が２０
重量％以上である請求項１に記載のリチウムイオン二次
電池。 - 【請求項４】３種混合物中のリチウムコバルト複合酸化
物の含有量が１０重量％以上である請求項３に記載のリ
チウムイオン二次電池。 - 【請求項５】リチウムマンガン複合酸化物の平均粒径を
ｄｍ、リチウムニッケル複合酸化物及びリチウムコバル
ト複合酸化物の各平均粒径のうちｄｍに近い方の平均粒
径をｄｎｃとするとき、ｄｍとｄｎｃとの差が０．５μ
ｍ以上である請求項１に記載のリチウムイオン二次電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9171126A JPH113698A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | リチウムイオン二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9171126A JPH113698A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | リチウムイオン二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH113698A true JPH113698A (ja) | 1999-01-06 |
| JPH113698A5 JPH113698A5 (ja) | 2005-04-21 |
Family
ID=15917472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9171126A Withdrawn JPH113698A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | リチウムイオン二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH113698A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1997
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