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JP3381634B2 - リチウム二次電池とその製造方法 - Google Patents

リチウム二次電池とその製造方法

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JP3381634B2
JP3381634B2 JP22588798A JP22588798A JP3381634B2 JP 3381634 B2 JP3381634 B2 JP 3381634B2 JP 22588798 A JP22588798 A JP 22588798A JP 22588798 A JP22588798 A JP 22588798A JP 3381634 B2 JP3381634 B2 JP 3381634B2
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lithium secondary
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lithium
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博志 堀内
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Fujitsu Ltd
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池の
構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のリチウム二次電池は大略、(1) リ
チウム金属を活物質とする負極と、(2) 金属の酸化物、
硫化物、塩化物あるいはハロゲンの炭素化合物などの正
極活物質に被覆された正極と、 (3) プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、ジメトキシエタンなど
を有機溶媒の過塩素酸リチウム、硼弗化リチウムなどの
無機塩で溶解した電解液とから構成されている。
【0003】そして、このリチウム二次電池は充放電を
繰り返し行なわれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな上記リチウム金属を活物質としたリチウム二次電池
によれば、充電時に負極のリチウム金属と電解液が不所
望な反応をして炭酸リチウム、酸化リチウムを析出す
る。そして負極のリチウム金属表面に堆積する。このた
め充放電効率が徐々に低下する。従って、電池寿命を短
くするという問題があった。
【0005】本発明はリチウム金属と電解液との不所望
な反応を抑圧し電池寿命を長くするリチウム二次電池を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明はリチウム金属と、電解液とを
電池缶内に有するリチウム二次電池において、前記缶内
に前記リチウム金属と前記電解液の不所望な反応を抑圧
する1ppm から1000ppm の硫化水素と1ppm から1
000ppm の水分との混合ガスを封入して成ることを特
徴とするリチウム二次電池を提供する。この構造にする
ことによりリチウム金属と電解液の反応を抑圧し電池寿
命を長くすることができる。また請求項2記載の発明
は、1ppm から1000ppm の硫化水素と1ppm から1
000ppm の水分とを含む雰囲気中で、電池缶に電池部
材を組込みすることを特徴とするリチウム二次電池の製
造方法を提供する。このような製造方法によりリチウム
金属と電解液の反応を抑圧し電池寿命を長くするリチウ
ム二次電池を製造できる。
【0007】次に、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の前記リチウム金属と前記電解液の不所望な反応を抑
圧するガスは10ppm から500ppm の硫化水素または
水分を前記電池缶に封入して成ることを特徴とするリチ
ウム二次電池を提供する。この構造にすることによりリ
チウム金属と電解液の反応を抑圧することができる。ま
た請求項3記載の発明は、硫化水素または、水分また
は、硫化水素と水分との混合ガスのいずれかを含む雰囲
気中で、電池缶に電池部材を組込みすることを特徴とす
るリチウム二次電池の製造方法を提供する。このような
製造方法によりリチウム金属と電解液の反応を抑圧し電
池寿命を長くするリチウム二次電池を製造できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施例に基づ
いて本発明の要旨を詳細に説明する。 <第1の実施例>図1は本発明の実施例によるリチウム
二次電池のコイン型セルを示す構成図である。
【0009】1はリチウム二次電池、11は正極体、1
2は正極電池缶、13はガスケット、21は負極体、2
2は負極電池缶、23はバネ、31はセパレータ、32
は電解液保持材である。リチウム二次電池1は具体的に
はコインセル2032型電池である。電池缶内の電池部
材は下記のように構成されている。
【0010】正極電池缶12は正極11と対向接触し、
正極電池缶12の縁にガスケット13が設けられてい
る。また負極電池缶22の面はバネ23が設けられ、負
極21をバネ23が押圧接触するように構成されてい
る。そしてセパレータ31の表裏両面に電解液保持材3
2が設けられている。この電解液保持材32は電解液を
含浸している。また該セパレータ31を介して正極11
と負極21とが対向している。そして正極電池缶12と
負極電池缶22とは嵌着し封印されている。従って、電
池内の全部材はバネ23によって相互に押圧接触してい
る。
【0011】このリチウム二次電池1の缶内は電池部材
を除いて約0.2CCから約0.3CCのスペースを有して
いる。上記電解液は大略有機溶媒と溶質とから構成され
ている。この有機溶媒は高誘電率溶媒と低粘度溶媒とか
ら構成され、溶質はリチウム塩である。そして高誘電率
溶媒は例えばエチレンカーボネート(以下ECと略
す)、プロピレンカーボネート(以下PCと略す)、ブ
チレンカーボネート(以下BCと略す)等の炭素数2〜
4(但し、カルボニル炭素を除く)の環状カーボネート
である。
【0012】また低粘度溶媒としてはジメチルカーボネ
ート(以下DMCと略す)、ジエチルカーボネート(以
下DECと略す)、ジプロピルカーボネート(以下DP
Cと略す)、メチルエチルカーボネート(以下MECと
略す)等の炭素数2〜8(但し、カルボニル炭素を除
く)の鎖状カーボネート、1、2─ジメトキシエタン
(以下DMEと略す)、1、2−ジエトキシエタン(以
下DEEと略す)、1、2−ジブトキシエタン(以下D
BEと略す)等の鎖状エーテル、テトラヒドロフラン、
2─メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル、ギ酸
メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等のエステル
及びベンゼン(以下Bzと略す)、トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素である。
【0013】これらの高誘電率溶媒と低粘度溶媒はそれ
ぞれ単独でもまた複数のものを組み合わせて使用しても
差し支えない。高誘電率溶媒と低粘度溶媒との組み合わ
せとしては、具体的にはEC−DMC、EC−DEC、
PC−DMC、PC−DEC、PC−MEC等の2成分
溶媒系、EC−DMC−Bz、EC−DEC−Bz、P
C−DMC−Bz、PC−DEC−Bz、EC−PC−
DMC、EC−PC−DEC等の3成分溶媒系、EC−
PC−DMC−Bz、EC−PC−DEC−Bz等の4
成分溶媒系である。なお高誘電率溶媒と低粘度溶媒の容
量比は、高誘電率溶媒:低粘度溶媒が通常1:4〜2:
1、好ましくは1:2〜1:1の割合である。
【0014】リチウム塩としては、例えばLiPF6 、
LiClO4 、LiAsF6 、LiBF4 、LiAlC
l4 、LiCl、LiBr等の無機塩、CH3 SO3 L
i、CF3 SO3 Li、LiB(C6 H5 )4 、CF3
COOLi等の有機塩である。これらリチウム塩は単独
でもまた組み合わせて使用しても差し支えなく、前記有
機溶媒中に通常0.5〜3(1mol/l)、好ましく
は1〜1.5(1mol/l)の濃度である。本実施例
では下記のものが使用された。
【0015】電解液は、LiPF6 (6弗化リン酸リチ
ウム)を1mol/リットル濃度で溶解した容積比1:
2のEC(エチレンカーボネート)とDEC(ジエチル
カーボネート)との混合液である。負極4は、直径15
mmの円板状で厚み70μmの箔状のリチウム金属Li
である。
【0016】正極5は約30mgの紛状体のLiCoO
2 を直径15mmの円板状ステンレス板に圧着塗布して
いる。この正極5に塗布される正極活物質として、例え
ば重合体のポリアニリン、ポリアセチレン、ポリ─p−
フェニレン、ポリベンゼン、ポリピリジン、ポリアニリ
ン、ポリアセチレン、ポリピロール、アントラセン、ポ
リナフタリン及びこれらの誘導体等の高分子誘導体等が
ある。
【0017】更に無機酸化物としては二酸化マンガン、
五酸化バナジウム、三酸化モリブデン、三酸化クロム、
酸化第2銅等の金属酸化物等がある。また無機硫化物と
しては三硫化モリブデン、二硫化チタン、三硫化鉄等の
金属硫化物がある。その他としてはフッ化炭素がある。
【0018】本実施例の正極活物質としてはコバルト酸
リチウム(LiCoO2 )を使用した。またセパレータ
は、ポリプロピレン製の帯状体である。次にリチウム二
次電池の製造方法を説明する。リチウム二次電池の製作
は密閉された装置内、具体的にはグローブボックスの中
でおこなう。このグローブボックスの雰囲気は大気中に
水分を1ppm の一定値に保っている。
【0019】そして下記の要領で電池缶に電池部材を組
立する。 1)負極電池缶22の内面に設けられたバネ23の上に
負極体21を載置する。 2)該負極体21の上に両面を電解液保持材32で挟持
されたセパレータ31をを載置する。 3)該セパレータ31の上に正極体11を載置する。 4)該正極体11の上に正極電池缶12を載置する。 5)電解液を注入し電解液保持材32に含浸させる。 6)正極電池缶12と負極電池缶22とを嵌着し、封印
する。
【0020】上記のようにして作られたコインセル20
32型電池の缶内の0.2から0.3CCのスペースに水
分を一定値の1ppm に保つことができる。その後、グロ
ーブボックスの雰囲気を10ppm 、100ppm 、500
ppm 、1000ppm 、2000ppm 、5000ppm に代
えて6種類の電池缶を組立した。 <第2の実施例>次に、第2の実施例にて電池を作っ
た。但し、第1の実施例と異なる点は、グローブボック
スの雰囲気は大気中に硫化水素を1ppm 、10ppm 、5
0ppm 、100ppm 、500ppm 、1000ppm 、20
00ppm 、5000ppm の雰囲気で8種類の電池缶を組
立する。この点以外は全て第1の実施例と同じ方法であ
る。 <第3の実施例>更に、第3の実施例にて電池を作っ
た。但し、第1の実施例と異なる点は、グローブボック
スの雰囲気を硫化水素と水分との混合ガスを一定値に保
って電池缶を組立する。その後、硫化水素と水分との混
合ガスの割合を変化させた16種類の電池缶を組立す
る。この点以外は全て第1の実施例と同じ方法である。
【0021】次に、上記実施例1、2、3にて作られた
31種類の電池について下記の充放電試験を行い寿命判
断を行なった。 <安全性試験>充放電試験は、上記第1、2、3実施例
共に以下の条件で行った。 1)充電:4.2 Vカットオフ、充電電流密度1 mA/平
方cm 2)休止;1分間 3)放電:3.0 Vカットオフ、放電電流密度1mA/平方
cm 4)休止;1分間 5)上記1から4までを繰り返して各電池の容量と充放
電サイクル数を調べた。 <充放電試験結果>表1に実施例1、実施例2のガス濃
度とサイクル回数の関係を示す。
【0022】
【表1】
【0023】また表2に実施例3の混合ガスの割合とサ
イクル回数の関係を示す。
【0024】
【表2】充放電試験結果
【0025】ここで実施例1の大気中に1ppm の水分で
製作した電池が従来の電池に相当する。電池寿命を初期
容量の60%と規定すると、実施例1及び2の内10pp
m から500ppm の範囲で電池寿命を顕著に改善でき
た。実施例1は約1.1から約1.4倍にできた。また
実施例2は約1.1から約1.2倍に改善できた。実施
例3では100ppm の水分と1000ppm の硫化水素と
の混合ガスで約1.3倍に、1ppm の水分と1000pp
m の硫化水素との混合ガスで約1.4に改善できた。
【0026】
【発明の効果】以上、詳述した本発明によれば、リチウ
ム金属と電解液との不所望な反応を抑圧し電池寿命を改
善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のリチウム二次電池の分解側面図
【符号の説明】 1 リチウム二次電池、 11 正極体、 12 正極電池缶、 13 ガスケット、 21 負極体、 22 負極電池缶、 23 バネ、 31 セパレータ、 32 電解液保持材である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−63649(JP,A) 特開 平10−64523(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム金属と、電解液とを電池缶内に
    有するリチウム二次電池において、 前記缶内に前記リチウム金属と前記電解液の不所望な反
    応を抑圧する1ppm から1000ppm の硫化水素と1pp
    m から1000ppm の水分との混合ガスを封入して成る
    ことを特徴とするリチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 リチウム金属と、電解液との電池部材を
    電池缶内に有するリチウム二次電池の製造方法におい
    て、 1ppm から1000ppm の硫化水素と1ppm から100
    0ppm の水分 との混合ガスを含む雰囲気中で、前記電池
    缶に前記電池部材を組込みすることを特徴とするリチウ
    ム二次電池の製造方法。
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CZ306913B6 (cs) * 2016-09-15 2017-09-06 Jaroslav PolĂ­vka Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností

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