[go: up one dir, main page]

JP3244291B2 - 電 池 - Google Patents

電 池

Info

Publication number
JP3244291B2
JP3244291B2 JP24320091A JP24320091A JP3244291B2 JP 3244291 B2 JP3244291 B2 JP 3244291B2 JP 24320091 A JP24320091 A JP 24320091A JP 24320091 A JP24320091 A JP 24320091A JP 3244291 B2 JP3244291 B2 JP 3244291B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
battery
buffer layer
cell
solid electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP24320091A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04315775A (ja
Inventor
晃治 西尾
修弘 古川
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP24320091A priority Critical patent/JP3244291B2/ja
Publication of JPH04315775A publication Critical patent/JPH04315775A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3244291B2 publication Critical patent/JP3244291B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、正極と、リチウム或い
はリチウム合金を主体とする負極とを備えた電池に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の電池は、高電圧,高エネルギー
密度を有するので、近年、活発に研究されており、その
一環として、各種の電解液(電解質)が提案されてい
る。上記電解液のうち液体電解液としては、有機溶媒に
LiClO4 のようなリチウム塩を溶解させた系や、無
機の液体にLiAlCl4 を溶解させた系が知られてい
る。また、固体電解質としては、種々の無機リチウム導
電体や、ポリエチレンオキシド−LiClO4 系のよう
な有機高分子固体電解質が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
解液を用いた電池では、それぞれ以下に示すような課題
を有している。 液体電解液を用いた電池 この種電池は、充電の際、負極表面にデンドライトが発
生して正極と接し、内部短絡を引き起こしたり、電解液
とリチウムとが副反応を生じたりするため(特に、有機
電解液の場合)、サイクル特性や保存特性が劣化すると
いう課題を有している。 固体電解質を用いた電池 この種電池は、固体電解質と電極(特に負極)との接触
が悪いため、これらの部分で接触抵抗が大きくなって、
充放電効率が低下したり、サイクル特性が劣化すると共
に、高温で保存したり長期間保存した場合には固体電解
質とリチウムとが副反応を生じるため(特に、有機固体
電解質の場合)、保存特性に劣るという課題を有してい
た。そこで、負極と固体電解質との接触圧を高めるよう
なことも考えられるが、これではリチウムが変形した
り、固体電解質が破損する等の新たな課題を生じると共
に、保存特性の向上は図れない。
【0004】このようなことを考慮して、固体電解質の
負極側の面に金属ハロゲン化物を形成した電池(特開昭
58−108666参照)、リチウム負極の固体電解質
側表面にチッ化リチウム(Li3 N)の薄層を形成した
電池(特開昭63−298980参照)が提案されてい
る。しかし、前者では、放電時にリチウムが徐々に減少
することに起因して、やはり固体電解質と負極との接触
が悪くなる。一方、後者では、両者の接触状態は良好に
保たれるが、チッ化リチウムは0.5Vで分解するとい
うことに起因して、一般に3Vの電池電圧を有するリチ
ウム電池に適用するのが難しいという課題を有してい
る。
【0005】本発明はかかる現状に鑑みてなされたもの
であり、上記諸欠点を解消できることになる電池を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、リチウム或いはリチウム合金を主体とする
負極と、正極と、上記正負極間に介装された固体電解質
とを有する電池において、上記リチウム或いはリチウム
合金の表面には、Li 3 PO 4 ,Li 4 GeO 4 ,Li 3 VO 4 ,Li 2 MoO 4
ら選択されるγ II -リン酸リチウム型固体電解質、また
はハロゲン化リチウムから成るバッファ層が形成されて
いることを特徴とする。
【0007】また、リチウム或いはリチウム合金を主体
とする負極と、正極と、上記正負極間に設けられた電解
液とを有する電池において、上記リチウム或いはリチウ
ム合金の表面には、Li 3 PO 4 ,Li 4 GeO 4 ,Li 3 VO 4 ,Li 2 MoO 4
から選択されるγ II -リン酸リチウム型固体電解質、ま
たは、ハロゲン化リチウムから成るバッファ層が形成さ
れていることを特徴とする。更に、リチウム或いはリチ
ウム合金を主体とする負極と、正極と、上記正負極間に
介装された固体電解質とを有する電池において、前記リ
チウム或いはリチウム合金の表面には、Li x TaO 3 ,Li x NbO
3 ,Li x NbO 3 -Li x TaO 3 ,Li 2 S-P 2 S 5 -LiI から選択される化合
物から成るガラス状態のバッファ層が形成されているこ
とを特徴とする。
【0008】加えて、リチウム或いはリチウム合金を主
体とする負極と、正極と、上記正負極間に設けられた電
解液とを有する電池において、前記リチウム或いはリチ
ウム合金の表面には、Li x TaO 3 ,Li x NbO 3 ,Li x NbO 3 -Li x TaO
3 ,Li 2 S-P 2 S 5 -LiIから選択される化合物から成るガラス
状態のバッファ層が形成されていることを特徴とする。
【0009】
【作用】上記第1発明の構成であれば、リチウム等の表
面にLi 3 PO 4 ,Li 4 GeO 4 ,Li 3 VO 4 ,Li 2 MoO 4 から選択される
γ II -リン酸リチウム型固体電解質、またはハロゲン化
リチウムから成るバッファ層が形成されているので、
該バッファ層を介してリチウム等と正負極間に介装され
た固体電解質との接触が良好に保たれることになる。
た、リチウムの表面にバッファ層を設けたことにより、
リチウムの表面の形状が変化するのを抑制できると共に
固体電解質とリチウムの副反応を抑制することができ
る。
【0010】上記第2発明の構成であれば、リチウム或
いはリチウム合金の表面には、Li 3 PO 4 ,Li 4 GeO 4 ,Li 3 VO
4 ,Li 2 MoO 4 から選択されるγ II -リン酸リチウム型固体
電解質、または、ハロゲン化リチウムから成るバッファ
層が形成されているので、負極表面にデンドライトが発
生するのを抑制することができ、且つリチウム等と電解
液との接触を抑制できるので、電解液とリチウム等との
副反応を抑制することができる。上記第3発明の構成で
あれば、上記第1発明と同様の作用を奏する他、バッフ
ァ層がガラス状態となっているので、リチウムとバッフ
ァ層との接触性が一層向上し、且つバッファ層の導電性
も向上する。
【0011】上記第4発明の構成であれば、上記第2発
明と同様の作用を奏する他、バッファ層がガラス状態と
なっているので、リチウムとバッファ層との接触性が一
層向上し、且つバッファ層の導電性も向上する。
【0012】
【実施例】
(第1実施例)本発明の第1実施例を、図1に基づい
て、以下に説明する。 〔実施例1〕図1は本発明の第1実施例に係るセルの断
面図であって、収納部1aと蓋部1bとから成る試験セ
ル容器1内には、正極集電体2と、Li2 MnO3 が含
有されたマンガン酸化物を主体とする正極3と、高分子
系の固体電解質4と、負極5と、負極集電体6とが順に
積層されており、上記正極集電体2には正極リード線7
が、上記負極集電体6には負極リード線8がそれぞれ接
続されている。また、上記負極5は、リチウムから成る
本体部5aと、この本体部5aの上記固体電解質4側の
面に形成されたバッファ層5bとから成り、上記バッフ
ァ層5bは分解電圧が3V以上の固体電解質から構成さ
れている。
【0013】ここで、上記正極3、固体電解質4、及び
負極5を、以下のようにして作製した。 正極3の作製方法 先ず、水酸化リチウム(LiOH)と、二酸化マンガン
(MnO2 )とを1:2(モル比)で混合した後、空気
中において375℃で20時間熱処理することによりL
2 MnO3 を含有するマンガン酸化物を作成した。次
に、このマンガン酸化物と、導電剤としてのアセチレン
ブラックと、結着剤としてのフッ素樹脂とを85:1
0:5(重量比)の割合で混合して正極合剤を作成した
後、この正極合剤を2ton/cm2 の圧力で直径18mmに加
圧成型する。最後に、加圧した合剤を、真空中において
250℃で熱処理することにより作製した。 固体電解質4の作製方法 先ず、LiClO4 をアセトニトリル(CH3 CN)に
溶解させ、0.5モル/リットルのLiClO4 /CH
3 CN溶液を作成した。尚、上記LiClO4 としては
市販の試薬を真空乾燥したものを用い、上記アセトニト
リルとしては市販のCH3 CNを蒸留したものを用い
た。次に、平均分子量10万の市販ポリエチレンオキシ
ド(PEO)を、上記0.5モル/リットルのLiCl
4 /CH 3 CN溶液に溶解した。この際、PEOとL
iClO4 との重量比が9:1となるように両者を混合
した。次いで、上記混合溶液をガラス平板上に塗布した
後、アセトニトリルを除去,乾燥し、更に剥離する。こ
の後、剥離した膜をローラで圧延することにより、厚み
40μmのPEO・LiClO4 複合高分子固体電解質
膜を作成した後、この固体電解質膜を直径約18mmに打
ち抜くことにより作製した。 負極5の作製 リチウム箔を基板として、酸化リチウム(リチウム+酸
素でも良い)と反応して固体電解質を形成する酸化物を
スパッタリングすることにより、リチウムから成る本体
部5aと固体電解質から成るバッファ層5bとを形成し
た。具体的には、P2 5 とSiO2 とをモル比で3
0:70に混合したものをスパッタリングターゲットと
してスパッタリングした。尚、スパッタリング時のガス
としては、酸素を10〜50%含むアルゴンガスを用
い、且つ10-2mmHgの気圧下で行うという条件であ
る。このスパッタリングにより、Li4 SiO4 及びL
3 PO4 から成るγII−リン酸リチウム型固体電解質
の化合物が形成される。但し、実際には、両者がアモル
ファス(ガラス状態)となっているものと考えられる。
【0014】このようにして作製したセルを、以下(A
1 )セルと称する。 〔実施例2〜6〕スパッタリングターゲットとして表1
に示すものを用いる他は、上記実施例1と同様にしてセ
ルを作製した。このスパッタリングにより、上記Li4
SiO4 ,Li3 PO4 の他、Li4 GeO4 ,Li3
VO4 ,Li2 MoO4 のγII−リン酸リチウム型固体
電解質が形成される。そして、これは概略ガラス状態と
なっているものと考えられるが、一部は結晶状態となっ
ていると考えられる。
【0015】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ(A2 )セル〜(A6 )セルと称する。
【0016】
【表1】
【0017】〔比較例1〕リチウム箔のみから成る負極
を用いる他は、上記実施例1と同様にしてセルを作製し
た。このようにして作製したセルを、以下(W1 )セル
と称する。 〔比較例2〕負極として、リチウム箔の表面に、窒素と
の気相反応により形成したチッ化リチウム(Li3 N)
から成るバッファ層を設けたものを用いる他は、上記実
施例1と同様にしてセルを作製した。
【0018】このようにして作製したセルを、以下(W
2 )セルと称する。 〔実験〕上記本発明の(A1 )セル〜(A6 )セルと比
較例の(W1 )セル,(W2 )セルとの充放電試験を行
い、充放電効率(放電容量/充電容量×100%)とサ
イクル寿命とを調べたので、その結果を表1に併せて示
す。尚、実験条件は、温度60℃にて、充電電流0.3
mAでセル電圧が3.5Vになるまで充電した後、放電
電流0.3mAでセル電圧が2.8Vになるまで放電す
るという条件である。また、充放電効率は20サイクル
経過したときの測定値であり、サイクル寿命は初期放電
容量の70%まで放電容量が低下したときの値である。
【0019】表1から明らかなように、本発明の
(A1 )セル〜(A6 )セルは比較例の(W1 )セル,
(W2 )セルに比べて、充放電効率が高く且つサイクル
寿命が長くなっていることが認められる。これは、以下
に示す理由によるものと考えられる。即ち、比較例の
(W1 )セルでは、固体電解質と負極との接触が悪く、
且つ固体電解質とリチウムとが副反応を生じるため、充
放電効率やサイクル特性が低下する。また、比較例の
(W2 )セルではチッ化リチウムは0.5Vで分解する
ということに起因して、やはりバッファ層を設けた効果
を持続することができないので、充放電効率やサイクル
特性が低下する。これに対して、本発明の(A1)セル
〜(A6 )セルは、リチウム等の表面に固体電解質から
成るバッファ層が形成されているので、リチウム等とバ
ッファ層との接触が良好に保たれ、且つバッファ層は固
体電解質から成るのでバッファ層と正負極間に介装され
た固体電解質との接触も良好に保たれる。この結果、バ
ッファ層と固体電解質との接触が良好に保たれることに
なる。また、リチウム等の表面にバッファ層を設けたこ
とにより、リチウム表面の形状が変化するのを抑制でき
ると共に固体電解質とリチウムとが副反応を生じるのを
抑制することができる。更に、バッファ層の分解電圧が
3V以上であるため、その効果を長期間持続することが
できる等の理由によるものと考えられる。
【0020】(第2実施例)上記第1実施例では、バッ
ファ層がガラス状態であるか結晶状態であるかが必ずし
も定かではなかった。そこで、本発明者が各種の実験を
行ったところ、バッファ層がガラス状態の方が結晶状態
であるより、一層電池の諸特性が向上することが確認さ
れた。そこで、本第2実施例においては、バッファ層を
ガラスとなるようにして、種々の実験を行った。 〔実施例1〕スパッタリングターゲットとしてTa2
5 を用いると共に、スパッタリングを3×10-3〜5×
10-5mmHgの気圧下で行う他は、上記第1実施例の実施
例1と同様にしてセルを作製した。尚、上記スパッタリ
ングにより形成されるバッファ層は、ガラス状態(Li
と反応して、LiX TaO3 で表される化学構造物とな
っていると考えられる)となっていることを確認してい
る。
【0021】このようにして作製したセルを、以下(B
1 )セルと称する。 〔実施例2〜4〕スパッタリングターゲットとして、下
記表2に示すものを、それぞれ用いる他は、上記実施例
1と同様にしてセルを作製した。尚、上記スパッタリン
グにより形成されるバッファ層は、ガラス状態(それぞ
れLiと反応して、LiX NbO 3 、LiX NbO3
LiX TaO3 、Li2 S−P2 5 −LiIで表され
る化学構造物となっていると考えられる)となっている
ことを確認している。
【0022】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ(B2 )セル〜(B4 )セルと称する。
【0023】
【表2】
【0024】〔比較例1,2〕比較例としては、上記第
1実施例の比較例1,2に示す(W1 )セル,(W2
セルを用いている。 〔実験〕上記本発明の(B1 )セル〜(B4 )セルと比
較例の(W1 )セル,(W2 )セルとの充放電試験を行
い、充放電効率(放電容量/充電容量×100%)とサ
イクル寿命とを調べたので、その結果を表2に併せて示
す。尚、実験条件は、温度60℃にて、充電電流0.2
mAでセル電圧が3.3Vになるまで充電した後、放電
電流0.2mAでセル電圧が2.6Vになるまで放電す
るという条件である。また、充放電効率は10サイクル
経過したときの測定値であり、サイクル寿命は初期放電
容量の50%まで放電容量が低下したときの値である。
【0025】表2から明らかなように、本発明の
(A1 )セル〜(A6 )セルは比較例の(W1 )セル,
(W2 )セルに比べて、充放電効率が高く且つサイクル
寿命が長くなっていることが認められる。これは、前記
第1実施例の実験に示す理由と同様の理由によるものと
考えられる。但し、本第2実施例のバッファ層は全てガ
ラス状態となっているので、リチウムとバッファ層との
接触性が向上し、この結果、若干サイクル特性等が向上
しているのがわかる。
【0026】(第3実施例)本第3実施例では、バッフ
ァ層を導電性の優れたハロゲン化リチウムから構成して
いる点で、上記2つの実施例と異ならしめている。 〔実施例1〕正極3と負極5とを、以下のようにして作
製する他は、上記第1実施例の実施例1と同様にしてセ
ルを作製した。
【0027】このようにして作製したセルを、以下(C
1 )セルと称する。 正極3の作製方法 先ず、市販の二硫化チタン(TiS2 )と、導電剤とし
てのアセチレンブラックと、前記第1実施例の実施例1
に示す固体電解質溶液(PEOとLiClO4 とから成
る)とを60:20:20(重量比)の割合で混合して
正極合剤を作成する。次に、この正極合剤を圧延して膜
状にした後、直径15mmに打ち抜くことにより作製し
た。尚、上記固体電解質溶液を添加するのは、正極3の
イオン導電性を向上させるためである。 負極5の作製 直径15mmに打ち抜いたリチウム箔の片面を被覆(高分
子フィルム等で被覆)して、真空状態を保持しつつ反応
管中で60〜90℃に加熱した後、この反応管をヨウ素
が封入された別個の反応管と接続し、更に上記ヨウ素を
徐々に加熱する。そうすると、ヨウ素が気化されてリチ
ウム表面に達し、リチウムとヨウ素とが反応する(リチ
ウムが露出している面が薄茶色から濃褐色に変化)。こ
の結果、リチウムが露出している面にヨウ化リチウムの
層が形成される。そして、ヨウ化リチウムの層の厚みが
10μmとなるように反応を停止させる。しかる後、被
覆層を除去することにより作製した。 〔実施例2〕リチウム箔の表面に、ヨウ化リチウムの代
わりに臭化リチウムを形成する他は、上記実施例1と同
様の構成である。尚、臭化リチウムの形成は、上記実施
例1において、ヨウ素を臭素に代えて行う他は実施例1
と同様であり、また臭化リチウム膜の厚みは約10μm
である。
【0028】このようにして作製したセルを、以下(C
2 )セルと称する。 〔実施例3,4〕リチウム箔の表面に、ヨウ化リチウム
の代わりに塩化リチウム,フッ化リチウムをそれぞれ形
成する他は、上記実施例1と同様の構成である。尚、塩
化リチウム,フッ化リチウムの形成方法は上記実施例1
と略同様であるが、常温で塩素及びフッ素が気体である
ことを考慮して、単に反応管中で加熱されているリチウ
ムに塩素ガス或いはフッ素ガスを導入するという手法で
形成した。また、塩化リチウム膜,フッ化リチウム膜の
厚みは、共に約10μmである。
【0029】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ(C3 )セル,(C4 )セルと称する。 〔比較例〕負極として、リチウム箔を直径15mmに打ち
抜いたものを用いる他は、上記実施例1と同様にしてセ
ルを作製した。
【0030】このようにして作製したセルを、以下
(X)セルと称する。 〔実験〕上記本発明の(C1 )セル〜(C4 )セルと比
較例の(X)セルとのサイクル特性を調べたので、その
結果を図2に示す。尚、実験条件は、温度60℃にて、
充電電流0.2mAで10時間充電した後、放電電流
0.2mAでセル電圧が2.0Vになるまで放電すると
いう条件である。また、充放電効率は、放電容量/充電
容量×100%で示される。
【0031】図2から明らかなように、本発明の
(C1 )セル〜(C4 )セルは比較例の(X)セルに比
べて、サイクル経過後も充放電効率の低下が少なくなっ
ていることが認められる。これは、前記第1実施例の実
験に示す理由とに加え、ハロゲン化リチウムの導電性が
向上するという理由によるものと考えられる。
【0032】(第4実施例)本発明の第4実施例を、図
3に基づいて、以下に説明する。 〔実施例1〕図3は本発明の第4実施例に係る偏平型二
次電池の半断面図であり、リチウムから成る本体部12
aと固体電解質から成るバッファ層12bとから構成さ
れる負極12は負極集電体17の内面に圧着されてお
り、この負極集電体17はステンレスから成る負極缶1
5の内底面に固着されている。上記負極缶15の周端は
ポリプロピレン製の絶縁パッキング18の内部に固定さ
れており、絶縁パッキング18の外周にはステンレスか
ら成る正極缶14が固定されている。この正極缶14の
内底面には正極集電体16が固定されており、この正極
集電体16の内面には正極11が固定さている。この正
極11と前記負極12との間には、ポリプロピレン製微
多孔膜から成り電解液が含浸されたセパレータ13が介
装されている。
【0033】ここで、前記正極11と負極12とは、前
記第1実施例の実施例1と同様にして作製した。但し、
正負極11・12間に介装するものとして、固体電解質
の代わりにセパレータ13を用いている。そして、この
セパレータ13には、プロピレンカーボネートとジメト
キシエタンとの混合溶媒に過塩素酸リチウム(LiCl
4 )を1モル/リットルの割合で溶解させた電解液を
含浸させている。
【0034】このように、上記第1実施例とは、電解質
(電解液)として、固体電解質の代わりに有機電解液を
用いるという点で異なっている。このようにして作製し
た電池を、以下(D1 )電池と称する。 〔実施例2〜6〕スパッタリングターゲットとして下記
表3に示すもの(前記第1実施例の実施例2〜6と同じ
もの)を用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を
作製した。
【0035】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ(D2 )電池〜(D6 )電池と称する。
【0036】
【表3】
【0037】〔比較例1〕リチウム箔のみから成る負極
を用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を作製し
た。このようにして作製した電池を、以下(Y1 )電池
と称する。 〔比較例2〕負極として、リチウム箔の表面に、窒素と
の気相反応により形成したチッ化リチウム(Li3 N)
から成るバッファ層を設けたものを用いる他は、上記実
施例1と同様にして電池を作製した。
【0038】このようにして作製した電池を、以下(Y
2 )電池と称する。 〔実験〕上記本発明の(D1 )電池〜(D6 )電池と比
較例の(Y1 )電池,(Y2 )電池とのサイクル寿命を
調べたので、その結果を表3に併せて示す。尚、実験条
件は、充電電流3mAで電池電圧が4.0Vになるまで
充電した後、放電電流3mAで4時間放電するという条
件であり、放電終止電圧が2.2Vとなった時点でサイ
クル寿命とした。
【0039】表3から明らかなように、本発明の
(D1 )電池〜(D6 )電池は比較例の(Y1 )電池,
(Y2 )電池に比べて、サイクル寿命が長くなっている
ことが認められる。これは、以下に示す理由によるもの
と考えられる。即ち、比較例の(Y1 )電池では、充電
の際にデンドライトが発生して正極と負極とが接して内
部短絡を引き起こし、(Y2 )電池では、チッ化リチウ
ムは0.5Vで分解するということに起因してバッファ
層を設けた効果が持続されない。これに対して、本発明
の(D1 )電池〜(D6 )電池では、リチウムの表面に
分解電圧が電池電圧より高い(3V以上)バッファ層が
形成されているので、充電の際にデンドライトが発生す
るのを抑制することができ、且つこの効果を持続するこ
とができるという理由によるものと考えられる。
【0040】(第5実施例)上記第4実施例では、バッ
ファ層がガラス状態であるか結晶状態であるかが必ずし
も定かではなかった。そこで、本発明者が各種の実験を
行ったところ、バッファ層がガラス状態の方が結晶状態
であるより、一層電池特性が向上することが確認され
た。そこで、本第5実施例においては、バッファ層をガ
ラスとなるようにして、種々の実験を行った。 〔実施例1〕スパッタリングターゲットとして、Ta2
5 を用いると共に、スパッタリングを3×10-3〜5
×10-5mmHgの気圧下で行う他は、上記第4実施例の実
施例1と同様にして電池を作製した。
【0041】このようにして作製した電池を、以下(E
1 )電池と称する。 〔実施例2〜4〕スパッタリングターゲットとして、下
記表4に示すもの(前記第2実施例の実施例2〜4と同
じもの)をそれぞれ用いる他は、上記実施例1と同様に
して電池を作製した。
【0042】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ(E2 )電池〜(E4 )電池と称する。
【0043】
【表4】
【0044】〔比較例1,2〕比較例としては、上記第
4実施例の(Y1 )電池,(Y1 )電池を用いている。 〔実験〕上記本発明の(E1 )電池〜(E4 )電池と比
較例の(Y1 )電池,(Y2 )電池とのサイクル寿命を
調べたので、その結果を表4に併せて示す。尚、実験条
件は、充電電流3mAで電池電圧が3.3Vになるまで
充電した後、放電電流3mAで4時間放電するという条
件であり、放電終止電圧が2.0Vとなった時点でサイ
クル寿命とした。
【0045】表4から明らかなように、本発明の
(E1 )電池〜(E4 )電池は比較例の(Y1 )電池,
(Y2 )電池に比べて、サイクル寿命が長くなっている
ことが認められる。これは、前記第4実施例の実験に示
す理由と同様の理由によるものと考えられる。但し、本
第5実施例のバッファ層は全てガラス状態となっている
ので、リチウムとバッファ層との接触性が向上し、この
結果、若干サイクル特性等が向上しているのがわかる。
【0046】(第6実施例)本発明の第6実施例を、図
4に基づいて、以下に説明する。 〔実施例1〕図4は本発明の第6実施例に係る無機電解
液リチウムセルの断面図であり、その構造は上記第1実
施例の実施例1に示す固体電解質セルと略同様の構造で
あるが、以下の点で異なっている。尚、図4において、
第1実施例と同様の機能を有する部材には同一の符号を
付している。 正極21の製造方法 先ず、塩化第2銅(CuCl3 )と、グラファイトと、
ケッチェンブラックと、テフロンバインダとを、80:
10:5:5(重量比)の割合で混合して正極合剤を作
成した後、この正極合剤を直径20mmにプレス成型し、
更に乾燥させることにより作製した。 電解液が含浸されたセパレータ22の製造方法 LiAlCl4 にSO2 ガスを低温で乾燥させ、LiA
lCl4 ・3SO2 組成の無機電解液を作製し、この無
機電解液をガラス繊維から成るセパレータに含浸するこ
とにより作製した。
【0047】このようにして作製したセルを、以下(F
1 )セルと称する。 〔実施例2〜6〕スパッタリングターゲットとして表5
に示すもの(前記第1実施例の実施例2〜6と同じも
の)を用いる他は、上記実施例1と同様にしてセルを作
製した。このようにして作製したセルを、以下それぞれ
(F2 )セル〜(F6 )セルと称する。
【0048】
【表5】
【0049】〔比較例1〕リチウム箔のみから成る負極
を用いる他は、上記実施例1と同様にしてセルを作製し
た。このようにして作製したセルを、以下(Z1 )セル
と称する。 〔比較例2〕負極として、リチウム箔の表面に、窒素と
の気相反応によりチッ化リチウム(Li3 N)のバッフ
ァ層を形成したものを用いる他は、上記実施例1と同様
にしてセルを作製した。
【0050】このようにして作製したセルを、以下(Z
2 )セルと称する。 〔実験〕上記本発明の(F1 )セル〜(F6 )セルと比
較例の(Z1 )セル,(Z2 )セルとのサイクル寿命を
調べたので、その結果を表5に併せて示す。尚、実験条
件は、充電電流5mAでセル電圧が4.0Vになるまで
充電した後、放電電流5mAでセル電圧が3.0Vにな
るまで放電するという条件であり、放電容量が初期容量
の70%となった時点でサイクル寿命とした。
【0051】表5から明らかなように、本発明の
(F1 )セル〜(F6 )セルは比較例の(Z1 )セル,
(Z2 )セルに比べて、サイクル寿命が長くなっている
ことが認められる。これは、上記第1実施例の実験に示
す理由と同様の理由によるものと考えられる。
【0052】(第7実施例)上記第6実施例では、バッ
ファ層がガラス状態であるか結晶状態であるかが必ずし
も定かではなかった。そこで、本発明者が各種の実験を
行ったところ、バッファ層がガラス状態の方が結晶状態
であるより、一層電池特性が向上することが確認され
た。そこで、本第7実施例においては、バッファ層をガ
ラスとなるようにして、種々の実験を行った。 〔実施例1〕スパッタリングターゲットとして、Ta2
5 を用いると共に、スパッタリングを3×10-3〜5
×10-5mmHgの気圧下で行う他は、上記第6実施例の実
施例1と同様にして電池を作製した。
【0053】このようにして作製した電池を、以下(G
1 )電池と称する。 〔実施例2〜4〕スパッタリングターゲットとして、下
記表6に示すもの(前記第2実施例の実施例2〜4と同
じもの)をそれぞれ用いる他は、上記実施例1と同様に
して電池を作製した。
【0054】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ(G2 )電池〜(G4 )電池と称する。
【0055】
【表6】
【0056】〔比較例1,2〕比較例としては、上記第
6実施例の(Z1 )電池,(Z2 )電池を用いている。 〔実験〕上記本発明の(G1 )電池〜(G4 )電池と比
較例の(Z1 )電池,(Z2 )電池とのサイクル寿命を
調べたので、その結果を表6に併せて示す。尚、実験条
件は、充電電流5mAで電池電圧が3.8Vになるまで
充電した後、放電電流5mAで電池電圧が3.0Vとな
るまで放電するという条件であり、放電容量が初期の5
0%となった時点でサイクル寿命とした。
【0057】表6から明らかなように、本発明の
(G1 )電池〜(G4 )電池は比較例の(Z1 )電池,
(Z2 )電池に比べて、サイクル寿命が長くなっている
ことが認められる。これは、前記第6実施例の実験に示
す理由と同様の理由によるものと考えられる。 〔その他の事項〕バッファ層の厚みは、5〜10μm
であることが好ましいことを実験により確認している。
これは、バッファ層の厚みが5μm未満であるとバッフ
ァ層を設けた効果が余り発揮されない一方、バッファ層
の厚みが10μmを超えると導電性が低下するというこ
とに起因する。但し、導電性の良い物質を用いる場合に
は、これより厚くても良い。 スパッタリングターゲットに用いる物質としては上記
実施例のものに限定されるものではなく、その他の酸化
物や硫化物を用いることも可能である。 上記実施例においては、二次電池について説明した
が、本発明は一次電池にも適用しうることは勿論であ
る。このように、一次電池に用いた場合には、電解液
(電解質)と負極との反応を抑制できるので保存特性が
向上すると共に、バッファ層の表面はリチウムの表面よ
り平坦であると考えられるので放電が不均一となるのを
抑制でき放電特性の向上を図ることができるといった効
果が期待できる。 バッファ層の形成方法としては、上記スパッタリング
法に限定するものではなく、蒸着法等を用いることも可
能である。 負極の本体部はリチウムに限定されるものではなく、
リチウム合金であっても良い。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように、正負極間に介装さ
れるのが固体電解質であれば、固体電解質と負極との接
触状態が良好に保たれると共に、リチウム表面の形状が
変化したり固体電解質とリチウムとが副反応を生じるの
を抑制することができるので、充放電特性、保存特性、
及びサイクル特性を飛躍的に向上することができるとい
う効果を奏する。加えて、バッファ層の分解電圧が3V
以上であるため、このような効果を長期間維持すること
が可能である。
【0059】加えて、正負極間に介装されるのが電解液
が含浸されたセパレータであれば、負極表面にデンドラ
イトが発生するのを抑制することができ、且つ電解液と
リチウムとが副反応を生じるのを抑制することができ
る。この結果、保存特性、及びサイクル特性を飛躍的に
向上することができ、且つこのような効果を長期間維持
することが可能である。
【0060】また、バッファ層をガラス状態となるよう
に構成すれば、リチウムとバッファ層との接触性が一層
向上するので、電池特性を一層向上させることができる
といった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るセルの断面図であ
る。
【図2】本発明の(C1 )セル〜(C4 )セルと比較例
の(X)セルとにおける充放電サイクル数と充放電効率
との関係を示すグラフである。
【図3】本発明の第4実施例に係る偏平型二次電池の半
断面図である。
【図4】本発明の第6実施例に係る無機電解液リチウム
セルの断面図である。
【符号の説明】
3 正極 4 固体電解質 5 負極 5a 本体部 5b バッファ層 11 正極 12 負極 12a 本体部 12b バッファ層 13 セパレータ 21 正極 22 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−298980(JP,A) 特開 昭63−289759(JP,A) 特開 昭61−263069(JP,A) 特開 昭60−65469(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/36 - 10/40 H01M 4/02 - 4/04 H01M 6/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム或いはリチウム合金を主体とす
    る負極と、正極と、上記正負極間に介装された固体電解
    質とを有する電池において、 上記リチウム或いはリチウム合金の表面には、Li 3 PO 4
    Li 4 GeO 4 ,Li 3 VO 4 ,Li 2 MoO 4 から選択されるγ II -リン酸
    リチウム型固体電解質、または、ハロゲン化リチウムか
    ら成るバッファ層が形成されていることを特徴とする電
    池。
  2. 【請求項2】 リチウム或いはリチウム合金を主体とす
    る負極と、正極と、上記正負極間に設けられた電解液と
    を有する電池において、 上記リチウム或いはリチウム合金の表面には、Li 3 PO 4
    Li 4 GeO 4 ,Li 3 VO 4 ,Li 2 MoO 4 から選択されるγ II -リン酸
    リチウム型固体電解質、または、ハロゲン化リチウムか
    ら成るバッファ層が形成されていることを特徴とする電
    池。
  3. 【請求項3】 リチウム或いはリチウム合金を主体とす
    る負極と、正極と、上記正負極間に介装された固体電解
    質とを有する電池において、 前記リチウム或いはリチウム合金の表面には、Li x TaO 3 ,
    Li x NbO 3 ,Li x NbO 3 -Li x TaO 3 ,Li 2 S-P 2 S 5 -LiIから選択され
    る化合物から成るガラス状態のバッファ層が形成されて
    いることを特徴とする電池。
  4. 【請求項4】 リチウム或いはリチウム合金を主体とす
    る負極と、正極と、上記正負極間に設けられた電解液と
    を有する電池において、 前記リチウム或いはリチウム合金の表面には、Li x TaO 3 ,
    Li x NbO 3 ,Li x NbO 3 -Li x TaO 3 ,Li 2 S-P 2 S 5 -LiIから選択され
    る化合物から成るガラス状態のバッファ層が形成されて
    いることを特徴とする電池。
JP24320091A 1991-01-23 1991-09-24 電 池 Expired - Fee Related JP3244291B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24320091A JP3244291B2 (ja) 1991-01-23 1991-09-24 電 池

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3-6076 1991-01-23
JP607691 1991-01-23
JP24320091A JP3244291B2 (ja) 1991-01-23 1991-09-24 電 池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04315775A JPH04315775A (ja) 1992-11-06
JP3244291B2 true JP3244291B2 (ja) 2002-01-07

Family

ID=26340148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24320091A Expired - Fee Related JP3244291B2 (ja) 1991-01-23 1991-09-24 電 池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3244291B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102369626A (zh) * 2009-03-10 2012-03-07 索尼公司 固体电解质电池和固体电解质电池的制造方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06290773A (ja) * 1993-03-30 1994-10-18 Nippondenso Co Ltd リチウム二次電池
JP4505886B2 (ja) * 1999-06-29 2010-07-21 ソニー株式会社 固体電解質電池
JP4626013B2 (ja) * 2000-06-08 2011-02-02 住友電気工業株式会社 リチウム二次電池負極
JP4873281B2 (ja) * 2001-04-20 2012-02-08 住友電気工業株式会社 リチウム電池負極の製造方法
JP2004206942A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Ion Engineering Research Institute Corp 全固体リチウム電池
WO2006043470A1 (ja) * 2004-10-21 2006-04-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 電池用負極とこれを用いた電池
JP5113393B2 (ja) * 2007-01-22 2013-01-09 パナソニック株式会社 全固体型ポリマー電池用負極活物質、及びその製造方法、並びに、全固体型ポリマー電池
JP2008235227A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toyota Motor Corp 固体電池およびその製造方法
DE102007030604A1 (de) 2007-07-02 2009-01-08 Weppner, Werner, Prof. Dr. Ionenleiter mit Granatstruktur
JP2009193803A (ja) * 2008-02-14 2009-08-27 Toyota Motor Corp 全固体リチウム二次電池
KR20140053451A (ko) 2012-10-25 2014-05-08 삼성에스디아이 주식회사 복합양극활물질, 그 제조방법 및 이를 채용한 양극과 리튬전지
DE102016212736A1 (de) 2016-07-13 2018-01-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Festkörperelektrolyten, Festkörperelektrolyt und Lithiumionenbatterie
JP7458988B2 (ja) * 2018-04-06 2024-04-01 セルガード エルエルシー 固体電解質、hsse、セパレータ、及び/若しくはコーティングを有する、全固体電池、sse電池
CN111430787B (zh) * 2020-03-03 2022-03-15 桂林电子科技大学 复合薄膜固体电解质及其制备方法与应用
KR102852670B1 (ko) 2020-10-20 2025-08-28 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지용 전극 및 이차 전지용 전극의 제조 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102369626A (zh) * 2009-03-10 2012-03-07 索尼公司 固体电解质电池和固体电解质电池的制造方法
US9153839B2 (en) * 2009-03-10 2015-10-06 Sony Corporation Solid electrolyte battery and process for producing solid electrolyte battery

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04315775A (ja) 1992-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100413816B1 (ko) 리튬 2차 전지용 전극 활물질, 그의 제조방법, 및 그를포함하는 리튬 2차 전지
JP3244291B2 (ja) 電 池
EP1093672B1 (en) Encapsulated lithium electrodes having glass protective layers and method for their preparation
US5510209A (en) Solid polymer electrolyte-based oxygen batteries
US6228532B1 (en) Lithium secondary cell
US5580686A (en) Electrolytic cell and electrolytic process
KR20010024927A (ko) 보호코팅 아래에 금속음극 도금 방법
JP2004165097A (ja) 負極および電池、並びにそれらのその製造方法
JP3507926B2 (ja) 固体型電池
KR101093697B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP4505886B2 (ja) 固体電解質電池
US11271247B1 (en) Solid-state battery and method of forming same
JP4848613B2 (ja) 電池用集電体及びこれを用いた非水電解質電池
KR20240109114A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP3512114B2 (ja) 有機電解液電池用の有機電解液およびそれを使用した有機電解液電池
JP3148905B2 (ja) 薄形非水電解液二次電池の製造法
KR100432669B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그의 제조방법
JPH11354153A (ja) 非水電解質二次電池
EP4621872A1 (en) Negative electrode composition for lithium secondary battery and lithium secondary battery manufactured using same
US20230369646A1 (en) Oxygen and metal halide and/or halogen enhanced metal-sulfur battery cathodes
KR0179723B1 (ko) 고분자 전해질을 사용한 리튬 또는 리튬이온 이차전지
JP2005322597A (ja) 電池およびその製造方法
US11075413B1 (en) Solid-state battery and method of forming same
JP2730983B2 (ja) 非水系電解液電池
JPH02215043A (ja) 非水溶媒二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071026

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081026

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081026

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091026

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees