JP2001283920A - Lithium secondary battery - Google Patents
Lithium secondary batteryInfo
- Publication number
- JP2001283920A JP2001283920A JP2000089972A JP2000089972A JP2001283920A JP 2001283920 A JP2001283920 A JP 2001283920A JP 2000089972 A JP2000089972 A JP 2000089972A JP 2000089972 A JP2000089972 A JP 2000089972A JP 2001283920 A JP2001283920 A JP 2001283920A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium secondary
- secondary battery
- battery
- electrode plate
- radical
- 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.)
- Withdrawn
Links
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、長期安定性、サ
イクル特性及び信頼性に優れたリチウム二次電池に関す
る。The present invention relates to a lithium secondary battery having excellent long-term stability, cycle characteristics, and reliability.
【0002】[0002]
【従来の技術】 リチウム二次電池は、近年、携帯型の
通信機器やノート型パーソナルコンピュータ等の電子機
器の電源を担う、小型でエネルギー密度の大きな充放電
可能な二次電池として、広く用いられるようになってき
ている。また、国際的な地球環境の保護を背景として省
資源化や省エネルギー化に対する関心が高まる中、リチ
ウム二次電池は、自動車業界においては電気自動車やハ
イブリッド電気自動車用のモータ駆動用バッテリーとし
て、また、電力業界においては夜間電力の保存による電
力の有効利用手段として、それぞれ期待されており、こ
れらの用途に適する大容量リチウム二次電池の実用化が
急務とされている。2. Description of the Related Art In recent years, lithium secondary batteries have been widely used as small, chargeable / dischargeable secondary batteries having a large energy density and serving as power supplies for electronic devices such as portable communication devices and notebook personal computers. It is becoming. In addition, with the growing interest in resource saving and energy saving against the background of international protection of the global environment, lithium secondary batteries are used as motor driving batteries for electric vehicles and hybrid electric vehicles in the automotive industry, In the electric power industry, they are expected as means for effectively utilizing electric power by storing electric power at night, and there is an urgent need to commercialize large-capacity lithium secondary batteries suitable for these uses.
【0003】 リチウム二次電池には、一般的に、正極
活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物等が、負極活
物質としてハードカーボンや黒鉛といった炭素質材料が
それぞれ用いられる。また、このような材料を用いたリ
チウム二次電池の反応電位は約4.1Vと高く、このた
め非水電解液として、従来の二次電池のような水系非水
電解液を用いることができない。そこで、リチウム二次
電池の非水電解液としては、有機溶媒にリチウムイオン
(Li+)電解質たるリチウム化合物を溶解した非水電
解液が用いられる。In a lithium secondary battery, a lithium transition metal composite oxide or the like is generally used as a positive electrode active material, and a carbonaceous material such as hard carbon or graphite is used as a negative electrode active material. In addition, the reaction potential of a lithium secondary battery using such a material is as high as about 4.1 V, so that an aqueous nonaqueous electrolyte such as a conventional secondary battery cannot be used as a nonaqueous electrolyte. . Therefore, as a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium compound as a lithium ion (Li + ) electrolyte in an organic solvent is used.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】 ここで、非水電解液
の原料となる有機溶媒には、エチレンカーボネートやジ
エチルカーボネート、あるいは、その混合物がよく用い
られる。このような有機溶媒は、電子伝導体であるLi
+移動性が良く、電池内部の抵抗は低く抑えられ、ま
た、電解質の溶解性も申し分ないことから、リチウム二
次電池の電解液として広く使用されている。Here, ethylene carbonate, diethyl carbonate, or a mixture thereof is often used as an organic solvent as a raw material of the non-aqueous electrolyte. Such an organic solvent can be used as an electron conductor Li
+ It is widely used as an electrolyte for lithium secondary batteries because of its good mobility, low internal resistance of the battery, and satisfactory solubility of the electrolyte.
【0005】 ところが、電池として使用し充放電を繰
り返す中で、有機溶媒が電気化学反応によりラジカル化
し、電解液中にラジカル分子が存在するようになること
がある。そうすると、そのラジカル分子によりラジカル
分解反応が開始され、連鎖的に電解液の分解が進み、エ
チレンカーボネート等の有機溶媒は、CO 2、CO3 2-等
の小分子にまで分解してしまうことになる。そして、有
機溶媒は電解液としての機能を失い、Li+の移動は阻
害され、電池抵抗が上昇することになる。However, it is used as a battery and is repeatedly charged and discharged.
Organic solvent radicalizes by electrochemical reaction
And the presence of radical molecules in the electrolyte
There is. Then, the radical molecule
The decomposition reaction starts, and the decomposition of the electrolyte proceeds in a chain
Organic solvents such as ethylene carbonate are CO 2 Two, COThree 2-etc
Will be decomposed into small molecules. And yes
Solvent loses its function as electrolyte, and Li+Movement is blocked
It will be harmed and the battery resistance will increase.
【0006】 そこで、特開平10−106579号公
報には、非水電解液中に、窒素原子がラジカルである、
ベンゼン環を3つ含む分子構造を有する化合物を添加す
ることで、電池内のラジカル反応を抑制し、電池の内部
抵抗の上昇を小さくする旨開示されている。しかし、こ
の物質では、酸素ラジカルのみを捕獲する物であり、ま
た、分子骨格による立体障害のため電池内に発生した酸
素以外のラジカル分子との反応性も悪いことから、電解
液分解の抑制にはならず、長期保存特性を必要とする電
気自動車等の用途には全く適さない。Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-106579 discloses that a nitrogen atom is a radical in a non-aqueous electrolyte.
It is disclosed that by adding a compound having a molecular structure containing three benzene rings, a radical reaction in the battery is suppressed and an increase in the internal resistance of the battery is reduced. However, this substance only captures oxygen radicals and has poor reactivity with radical molecules other than oxygen generated in the battery due to steric hindrance due to the molecular skeleton. However, it is completely unsuitable for applications such as electric vehicles that require long-term storage characteristics.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】 本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、充放電を繰り返していく中で、非水電解
液中に発生するラジカルを消滅させることにより、そし
て、電池を製造し終えた段階で、結果的に電極体や非水
電解液に含まれることになる水分から発生するHFを不
活性化する効果も加え、負極における悪質なSEI層の
生成を抑制することで電池反応の阻害を抑制して、サイ
クル特性及び信頼性に優れたリチウム二次電池を提供す
ることにある。Means for Solving the Problems The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte in a non-aqueous electrolyte while repeating charge and discharge. By eliminating generated radicals, and at the stage when the battery has been manufactured, it also has the effect of inactivating HF generated from water that will eventually be contained in the electrode body and the non-aqueous electrolyte. An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery excellent in cycle characteristics and reliability by suppressing generation of a bad SEI layer in a negative electrode, thereby suppressing inhibition of a battery reaction.
【0008】 即ち、本発明によれば、正極板と負極板
をセパレータを介して、捲回若しくは積層してなる電極
体を備え、リチウム化合物を電解質として含む非水電解
液を用いたリチウム二次電池であって、当該正極板、当
該負極板、当該セパレータ、及び当該非水電解液の少な
くともいずれかに、N−Oラジカルを分子構造内に含ん
だ環状化合物が含まれていることを特徴とするリチウム
二次電池、が提供される。That is, according to the present invention, a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing a lithium compound as an electrolyte is provided with an electrode body formed by winding or laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween. A battery, wherein at least one of the positive electrode plate, the negative electrode plate, the separator, and the non-aqueous electrolyte contains a cyclic compound containing a NO radical in a molecular structure. Lithium secondary battery is provided.
【0009】 本発明のリチウム二次電池において、当
該化合物としては、N−Oラジカルを分子構造内に含ん
だ環状化合物において環を一つ有する化合物が好適に用
いられる。当該化合物の分子構造としては、下記一般式
(I)で表される分子構造を有する化合物が好ましく、
また、当該化合物として別の分子構造としては、下記一
般式(II)で表される分子構造を有する化合物が好まれ
る。In the lithium secondary battery of the present invention, as the compound, a compound having one ring in a cyclic compound containing an NO radical in its molecular structure is preferably used. As the molecular structure of the compound, a compound having a molecular structure represented by the following general formula (I) is preferable,
As another molecular structure of the compound, a compound having a molecular structure represented by the following general formula (II) is preferable.
【化3】 Embedded image
【化4】 (R1〜R18:水素基、若しくは炭化水素基、若しくは
シアノ基)Embedded image (R 1 to R 18 : hydrogen group, hydrocarbon group, or cyano group)
【0010】 具体的に挙げると、2,2,6,6−テ
トラメチル−1−ピペリジニルオキシ フリーラジカ
ル、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチル−1−
ピペリジニルオキシ フリーラジカルや、3−シアノ−
2,2,5,5−テトラメチル−1−ピロリジニルオキ
シ フリーラジカルは、特に好適に用いられる。Specifically, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy free radical, 4-cyano-2,2,6,6-tetramethyl-1-
Piperidinyloxy free radical, 3-cyano-
2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy free radical is particularly preferably used.
【0011】 また、本発明によれば、正極板と負極板
をセパレータを介して、捲回若しくは積層してなる電極
体を備え、リチウム化合物を電解質として含む非水電解
液を用いたリチウム二次電池であって、当該正極板、当
該負極板、当該セパレータ、及び当該非水電解液の少な
くともいずれかに、電解液中において、Mn2+供給体と
なる環状化合物が含まれていることを特徴とするリチウ
ム二次電池、が提供される。Further, according to the present invention, a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing a lithium compound as an electrolyte is provided with an electrode body formed by winding or laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween. A battery, wherein at least one of the positive electrode plate, the negative electrode plate, the separator, and the non-aqueous electrolytic solution includes a cyclic compound serving as a Mn 2+ supplier in the electrolytic solution. Lithium secondary battery is provided.
【0012】 本発明のリチウム二次電池において、当
該化合物としては、Mn 2+供給体となる環状化合物にお
いて、マンガン(II)フタロシアニン又はマンガン(I
I)フタロシアニン誘導体が好まれる。具体的に挙げる
と、下記化学式(III)で表されるマンガン(II)フタ
ロシアニンは、特に好適に用いられる。In the lithium secondary battery of the present invention,
As the compound, Mn 2+Cyclic compound
Manganese (II) phthalocyanine or manganese (I
I) Phthalocyanine derivatives are preferred. To be specific
And a manganese (II) lid represented by the following chemical formula (III)
Russiannin is particularly preferably used.
【化5】 Embedded image
【0013】 本発明において、当該化合物は、導電助
剤となるアセチレンブラック等の電子伝導性粒子が分散
されていることも好ましい。このような当該化合物は、
電池反応に寄与することなく、しかも導電助剤を添加す
ることにより内部抵抗の上昇は抑えられ、良好なラジカ
ル分解抑制剤/及びHFトラップ剤となる。In the present invention, it is also preferable that the compound has dispersed therein electron conductive particles such as acetylene black serving as a conductive assistant. Such compounds are
The addition of the conductive additive suppresses an increase in the internal resistance without contributing to the battery reaction, and provides a good radical decomposition inhibitor and / or an HF trapping agent.
【0014】 本発明のリチウム二次電池は、電池容量
が2Ah以上の大型電池に好適に採用される。また、車
載用電池として好適に採用され、高出力を必要とするエ
ンジン起動用電源、大電流の放電が頻繁に行われる電気
自動車又はハイブリッド電気自動車のモータ駆動用電源
等として好適に用いられる。The lithium secondary battery of the present invention is suitably used for a large battery having a battery capacity of 2 Ah or more. Further, it is preferably used as an on-vehicle battery, and is suitably used as a power source for starting an engine requiring high output, a power source for driving a motor of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle in which a large current is frequently discharged.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】 本発明のリチウム二次電池は、
溶解してリチウムイオン(Li+)を生ずるリチウム化
合物を電解質として含む有機溶媒を電解液として用いた
ものであって、電解液の劣化及びHFによる電池内腐食
を抑制することで負極において良好なSEI層のみを生
成させることにより、サイクル特性の向上を図ったもの
である。以下、本発明の実施形態について説明するが、
本発明が以下の実施形態に限定されないことはいうまで
もない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The lithium secondary battery of the present invention
An organic solvent containing, as an electrolyte, a lithium compound that dissolves to produce lithium ions (Li + ) as an electrolyte. The electrolyte has a good SEI at a negative electrode by suppressing deterioration of the electrolyte and corrosion in the battery due to HF. By forming only the layer, the cycle characteristics are improved. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described,
It goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments.
【0016】 本発明のリチウム二次電池は、図1にお
いて、正極板2、負極板3、セパレータ4及び非水電解
液の少なくともいずれかに、N−Oラジカルを分子構造
内に含んだ環状化合物が含まれるようにする。前記N−
Oラジカルを分子構造内に含んだ環状化合物は、環を一
つ有する化合物が好まれる。ここで、「当該化合物が含
まれる」とは、当該化合物の添加された非水電解液が、
電極板2・3やセパレータ4に含浸されることにより、
当該化合物が電極板2・3やセパレータ4に含まれるこ
ととなる場合や、電極板2・3やセパレータ4に予め塗
布された当該化合物が、非水電解液を充填した際に非水
電解液中に移動して非水電解液にも含まれることとなる
場合を含むものである。In the lithium secondary battery of the present invention, in FIG. 1, at least one of the positive electrode plate 2, the negative electrode plate 3, the separator 4, and the non-aqueous electrolyte includes a cyclic compound containing an NO radical in a molecular structure. To be included. The N-
As the cyclic compound containing an O radical in the molecular structure, a compound having one ring is preferable. Here, "containing the compound" means that the non-aqueous electrolyte solution to which the compound is added,
By impregnating the electrode plates 2 and 3 and the separator 4,
When the compound is to be included in the electrode plates 2.3 and the separator 4 or when the compound applied in advance to the electrode plates 2.3 and the separator 4 is filled with the non-aqueous electrolyte, This includes the case where it moves in and becomes included in the non-aqueous electrolyte.
【0017】 本発明のリチウム二次電池においては、
この化合物を含める方法として、(1)正極板、及び/
又は、負極板を構成する電極活物質粒子の表面に分散、
または被覆されている、(2)セパレータ表面に分散さ
れている、(3)微細粉末化して非水電解液中に懸濁分
散されている、の少なくともいずれかの方法を用いるこ
とができる。従って、これらの手段を複数併用すること
も、また、可能である。In the lithium secondary battery of the present invention,
As a method of including this compound, (1) a positive electrode plate, and / or
Or, dispersed on the surface of the electrode active material particles constituting the negative electrode plate,
Or (2) dispersed on the surface of the separator; and (3) finely powdered and suspended and dispersed in a non-aqueous electrolyte. Therefore, it is also possible to use a plurality of these means in combination.
【0018】 具体的には、電極板2・3に当該化合物
を含ませる方法としては、電極板2・3を、可溶な溶剤
に溶かした当該化合物剤に浸漬する方法(ディッピン
グ)や、スプレーや刷毛塗り等の方法を用いて電極板2
・3に当該化合物を塗布する方法を挙げることができ、
いずれの場合であっても、当該化合物を含ませて後に乾
燥し、その後の電極体の作製に供する。セパレータ4表
面に分散、あるいは固着させるにも、同様の方法を用い
ることができ、また、電解液については、当該化合物を
重力沈降しない程度にまで微細粉末化して均一に当該化
合物を含ませることも可能である。Specifically, as a method of including the compound in the electrode plates 2 and 3, a method of dipping the electrode plates 2 and 3 in the compound agent dissolved in a soluble solvent (dipping) or a method of spraying Electrode plate 2 using a method such as brushing or brushing.
3 can include a method of applying the compound.
In any case, the compound is included, dried after that, and provided for the subsequent production of the electrode body. The same method can be used to disperse or adhere to the surface of the separator 4, and for the electrolytic solution, the compound may be finely powdered to such an extent that the compound does not settle by gravity, and the compound may be uniformly contained. It is possible.
【0019】 ここで、非水電解液として、予め当該化
合物を添加したものを用いる方法が最も好適に採用され
る。この場合には、電池の組立作業工程も当該化合物の
添加混合工程が増えるのみであって作業も容易であると
いった利点がある。Here, a method of using a non-aqueous electrolyte to which the compound is added in advance is most preferably employed. In this case, there is an advantage that the battery assembling operation step only requires an addition and mixing step of the compound, and the operation is easy.
【0020】 すなわち、電池内に充填する電解液とし
て、後述する電解質を所定の有機溶媒に溶解してなる一
般的な有機溶媒の電解液に、更に、ラジカル分解抑制剤
/HFトラップ剤として、当該化合物を添加したものを
用いる。当該化合物の添加により、内部電極体を電池へ
挿入前には、非水電解液の水分から発生したHF濃度を
低下させることが可能となる。内部電極体を電池へ挿入
した後においては、電極板等に吸着していた水分から発
生したHFの除去が容易に行われることとなる。そし
て、電池の使用を開始し充放電を繰り返していく中で、
発生したラジカル分子を消滅させることができる。こう
してラジカル分子による電解液分解反応及びHFによる
悪質なSEI生成反応を抑制することで、サイクル特性
の向上が図られると考えられる。That is, as an electrolytic solution to be filled in the battery, an electrolytic solution of a general organic solvent obtained by dissolving an electrolyte described below in a predetermined organic solvent, and further as a radical decomposition inhibitor / HF trapping agent, Use the one to which the compound is added. By adding the compound, it is possible to reduce the concentration of HF generated from the water content of the non-aqueous electrolyte before inserting the internal electrode body into the battery. After the internal electrode body is inserted into the battery, HF generated from moisture adsorbed on the electrode plate or the like is easily removed. And, while starting to use the battery and repeating charge and discharge,
The generated radical molecules can be eliminated. It is considered that the cycle characteristics are improved by suppressing the electrolytic solution decomposition reaction by radical molecules and the bad SEI generation reaction by HF in this manner.
【0021】 さて、次に本発明のリチウム二次電池に
用いられる化合物について説明する。本発明に用いるこ
とができるN−Oラジカルを分子構造内に含んだ環状化
合物としては、その分子構造として、一般式(I)で表
される分子構造を有する化合物が好ましく、また、別の
分子構造として、一般式(II)で表される分子構造を有
する化合物が好まれる。Now, the compounds used in the lithium secondary battery of the present invention will be described. As the cyclic compound containing an N—O radical in its molecular structure that can be used in the present invention, a compound having a molecular structure represented by the general formula (I) is preferable as its molecular structure. As the structure, a compound having a molecular structure represented by the general formula (II) is preferred.
【化6】 Embedded image
【化7】 (R1〜R18:水素基、若しくは炭化水素基、若しくは
シアノ基)Embedded image (R 1 to R 18 : hydrogen group, hydrocarbon group, or cyano group)
【0022】 具体的には、2,2,6,6−テトラメ
チル−1−ピペリジニルオキシ フリーラジカル、及び
/又は、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチル−
1−ピペリジニルオキシ フリーラジカルや、3−シア
ノ−2,2,5,5−テトラメチル−1−ピロリジニル
オキシ フリーラジカルを挙げることができる。これら
は、分子骨格的に小さなものであり、有機溶媒から発生
したラジカル分子と速やかに反応し、電解液に安定でか
つ電解液中のLi+の移動を阻害するものではなく、当
該化合物として好適に用いられる。Specifically, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy free radical and / or 4-cyano-2,2,6,6-tetramethyl-
Examples thereof include 1-piperidinyloxy free radical and 3-cyano-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy free radical. These are small in molecular skeleton, react quickly with radical molecules generated from the organic solvent, are stable in the electrolytic solution and do not inhibit the transfer of Li + in the electrolytic solution, and are suitable as the compound. Used for
【0023】 また、本発明のリチウム二次電池は、正
極板2、負極板3、セパレータ4及び非水電解液の少な
くともいずれかに、当該正極板、当該負極板、当該セパ
レータ、及び当該非水電解液の少なくともいずれかに、
電解液中において、Mn2+供給体となる環状化合物が含
まれるようにする。当該化合物を電池内に含める方法
は、上記と同様の方法において行うことができる。In addition, the lithium secondary battery of the present invention includes the positive electrode plate, the negative electrode plate, the separator, and the non-aqueous electrolyte in at least one of the positive electrode plate 2, the negative electrode plate 3, the separator 4, and the non-aqueous electrolyte. In at least one of the electrolytes,
A cyclic compound serving as a Mn 2+ supplier is contained in the electrolytic solution. The method of including the compound in the battery can be performed in the same manner as described above.
【0024】 さて、次に本発明のリチウム二次電池に
用いられる化合物について説明する。本発明に用いるこ
とができるMn2+供給体となる環状化合物としては、マ
ンガン(II)フタロシアニン又はマンガン(II)フタロ
シアニン誘導体が好適に用いられる。具体的には、下記
化学式(III)で表されるマンガン(II)フタロシアニ
ンを挙げることができる。これは、電解液に安定でかつ
高いLi+導電性を示すものであり、当該化合物として
好適に用いられる。Now, the compounds used in the lithium secondary battery of the present invention will be described. Manganese (II) phthalocyanine or a manganese (II) phthalocyanine derivative is suitably used as the cyclic compound serving as the Mn 2+ supplier that can be used in the present invention. Specific examples include manganese (II) phthalocyanine represented by the following chemical formula (III). This is stable and exhibits high Li + conductivity in the electrolytic solution, and is suitably used as the compound.
【化8】 Embedded image
【0025】 以下、本発明において、当該化合物がラ
ジカル分解反応を抑制する機構を説明する。本発明にお
いて、電極体内部を満たす電解液としては、エチレンカ
ーボネートとジエチルカーボネートの混合物を用いてい
るが、このような有機溶媒においても、電池の使用を開
始し充放電を繰り返していると、充放電の際の電気反応
により有機溶媒分子からラジカル分子が発生することが
ある。電解液が有機溶媒系の場合、一旦分解すると、こ
れを元にもどすことはまず不可能であり、したがって、
有機溶媒が分解することによりガス等が発生すると、電
池の内圧が上昇し、危険な状態にもなる。Hereinafter, in the present invention, the mechanism by which the compound suppresses a radical decomposition reaction will be described. In the present invention, a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate is used as the electrolytic solution to fill the inside of the electrode body. However, even in such an organic solvent, when the use of the battery is started and the charge and discharge are repeated, the charge and discharge are repeated. A radical molecule may be generated from an organic solvent molecule by an electric reaction at the time of discharge. If the electrolyte is an organic solvent system, once it is decomposed, it is almost impossible to recover it,
When gas or the like is generated by the decomposition of the organic solvent, the internal pressure of the battery rises, and the battery becomes dangerous.
【0026】 すなわち、リチウム二次電池において、
充放電を繰り返すと、電解液である有機溶媒RAH
(RA:炭化水素基)の一部が、下記式(IV)のように
小分子まで分解する。That is, in a lithium secondary battery,
When the charge and discharge are repeated, the organic solvent R A H
Part of ( RA : hydrocarbon group) is decomposed into small molecules as in the following formula (IV).
【化9】 RAH → RA・ + H+ → CO2,CO3 2-,etc. …(IV) (RA・:電気化学反応により生じたラジカル分子) 上記のようなラジカル分解反応を抑制する方法として
は、下記式(V)、(VI)で表される 1)ラジカル化
合物を添加する、2)ラジカル消滅の化学平衡反応を活
用する、という2つの方法をとることができる。R A H → R A + H + → CO 2 , CO 3 2- , etc. (IV) (R A : radical molecule generated by electrochemical reaction) Radical decomposition reaction as described above The following methods (V) and (VI) can be used to control the reaction: 1) adding a radical compound, and 2) utilizing the chemical equilibrium reaction of radical extinction.
【化10】 RAH → RA・ + H+ + RB・ → RARB …(V) (RB・:本発明により添加したラジカル環状化合物)Embedded image R A H → R A · + H + + R B · → R A R B ... (V) (R B ·: Radical cyclic compound added according to the invention)
【化11】 RAH + Mn3+ ⇔ RA・ + H+ + Mn2+ …(VI) Embedded image RA H + Mn 3+ ⇔ RA · + H + + Mn 2+ (VI)
【0027】 1)(式(V))においては、充放電の
際に発生したラジカル分子RA・に対し速やかに反応する
ラジカル化合物RB・を適量添加し、ラジカルどうしを反
応・結合させ、それ以上分解しないようにしてしまうと
いう考え方である。また、2)(式(VI))において
は、発生したラジカル分子RA・が、健全な有機溶媒分子
及び正極活物質中から溶出したマンガンイオンと化学平
衡関係となっていることを活用し、Mn2+イオンを適量
添加して、化学平衡を有機溶媒の保持側に移動させてし
まうという考え方である。1) In the formula (V), an appropriate amount of a radical compound R B · which reacts quickly with the radical molecule R A · generated at the time of charge / discharge is added, and the radicals are reacted and bound together. The idea is to prevent further decomposition. Also, 2) (Formula (VI)) utilizes the fact that the generated radical molecule R A has a chemical equilibrium relationship with a sound organic solvent molecule and manganese ion eluted from the positive electrode active material, The idea is that an appropriate amount of Mn 2+ ion is added to shift the chemical equilibrium toward the organic solvent holding side.
【0028】 そこで、本発明においては、当該化合物
のN−Oラジカルを分子構造内に含んだ環状化合物が、
1)の、ラジカル/ラジカル反応を引き起こすことによ
り、また、Mn2+供給体となる環状化合物が、2)の、
ラジカル化学平衡中にMn2+イオンを供給することによ
り、充放電の際に発生したラジカルを電池内より消滅さ
せ、有機溶媒の分解を抑止することができるので、電解
液を健全な状態に保持することができる。Therefore, in the present invention, a cyclic compound containing the N—O radical of the compound in the molecular structure is
By causing a radical / radical reaction of 1), the cyclic compound serving as a Mn 2+ supplier is changed to 2) of
By supplying Mn 2+ ions during radical chemical equilibrium, radicals generated during charging and discharging can be eliminated from the battery and the decomposition of organic solvents can be suppressed, so that the electrolyte is kept in a healthy state can do.
【0029】 次に、本発明において、当該化合物がH
Fを不活性化する機構を説明する。本発明における電解
液は、水分を含まない非水電解液を用いているが、電池
を組み立てた際、電池部材等に付着している水分を完全
に取り除くことができないために、その電解液中には水
分が微量ながら存在することとなる。そして、その水分
により、電解液及び電解質が分解し、HFやガス(CO
2)等が発生する。Next, in the present invention, the compound is H
A mechanism for inactivating F will be described. The electrolytic solution in the present invention uses a non-aqueous electrolytic solution containing no water.However, when assembling the battery, it is not possible to completely remove the moisture attached to the battery members and the like. Has a small amount of water. Then, due to the moisture, the electrolytic solution and the electrolyte are decomposed, and HF and gas (CO
2 ) etc. occur.
【0030】 このとき発生したHFは、電池容器や集
電体の金属材料を溶解・腐食させるとともに、正極活物
質を溶解して遷移金属を溶出させ、金属原子を含んだ悪
質なSEI生成を誘導する。なお、電解質の水による分
解は、電池が高温であるほど反応は促進され、その分解
は進むことになる。SEIの生成反応は発熱反応である
ことから、この熱により電解質の水による分解が促進さ
れ、更にHFが生成されることになる。The HF generated at this time dissolves and corrodes the metal material of the battery case and the current collector, dissolves the positive electrode active material and elutes the transition metal, and induces the generation of malicious SEI containing metal atoms. I do. The decomposition of the electrolyte by water is accelerated as the temperature of the battery becomes higher, and the decomposition proceeds. Since the reaction of generating SEI is an exothermic reaction, the heat promotes decomposition of the electrolyte by water, and further generates HF.
【0031】 そこで、本発明においては、ルイス塩基
性を示す原子、すなわち、非共有電子対を有し電子供与
性を示すN原子が、空の電子軌道を有するHFと配位的
に結合してHFを当該化合物の分子構造内に固定化す
る。これにより、電池内のHFは不活性化され、HFに
よる影響を抑制することが可能となる。このことによ
り、電池が充放電を繰り返す中、電池自体が高温になっ
た場合でも、当該化合物がHFを固定化していることに
より、悪質なSEIの生成が抑制されることになる。Therefore, in the present invention, an atom exhibiting Lewis basicity, that is, an N atom having an unshared electron pair and exhibiting electron donating property is coordinately bonded to HF having an empty electron orbit. HF is immobilized within the molecular structure of the compound. Thereby, the HF in the battery is inactivated, and the influence of the HF can be suppressed. As a result, even when the battery itself is heated to a high temperature while the battery is repeatedly charged and discharged, the compound fixes HF, thereby suppressing the generation of malicious SEI.
【0032】 さて、本発明において、当該化合物に
は、アセチレンブラック等の電子伝導性粒子が分散され
ていてもよい。このことにより、電導度を上げ、内部抵
抗の上昇を防ぐことができる。In the present invention, electron conductive particles such as acetylene black may be dispersed in the compound. As a result, the conductivity can be increased, and an increase in the internal resistance can be prevented.
【0033】 本発明のリチウム二次電池は、溶解して
リチウムイオン(Li+)を生ずるリチウム化合物を電
解質として用いた非水電解液を用いたものである。従っ
て、その他の材料や電池構造には何ら制限はない。以
下、電池を構成する主要部材並びにその構造について概
説する。The lithium secondary battery of the present invention uses a non-aqueous electrolyte using a lithium compound that dissolves to generate lithium ions (Li + ) as an electrolyte. Therefore, there are no restrictions on other materials or battery structures. Hereinafter, the main members constituting the battery and the structure thereof will be outlined.
【0034】 リチウム二次電池の心臓部とも言える電
極体の一つの構造は、小容量のコイン電池にみられるよ
うな、正負各電極活物質を円板状にプレス成型したセパ
レータを挟んだ単セル構造である。One structure of an electrode body, which can be said to be the heart of a lithium secondary battery, is a single cell sandwiching a separator formed by pressing each of positive and negative electrode active materials into a disk shape, as seen in a small capacity coin battery. Structure.
【0035】 コイン電池のような小容量電池に対し
て、容量の大きい電池に用いられる電極体の1つの構造
は捲回型である。図1の斜視図に示されるように、捲回
型電極体1は、正極板2と負極板3とを、多孔性ポリマ
ーからなるセパレータ4を介して正極板2と負極板3と
が直接に接触しないように巻芯13の外周に捲回して構
成される。正極板2及び負極板3(以下、「電極板2・
3」と記す。)に取り付けられている電極リード5・6
の数は最低1本あればよく、複数の電極リード5・6を
設けて集電抵抗を小さくすることもできる。For a small capacity battery such as a coin battery, one structure of an electrode body used for a battery having a large capacity is a wound type. As shown in the perspective view of FIG. 1, in the wound electrode body 1, the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate 3 are directly connected to each other via a separator 4 made of a porous polymer. It is configured by being wound around the outer periphery of the core 13 so as not to contact. Positive electrode plate 2 and negative electrode plate 3 (hereinafter referred to as “electrode plate 2
3 ". ) Attached to the electrode leads 5 and 6
The number of electrodes may be at least one, and a plurality of electrode leads 5 and 6 may be provided to reduce the current collecting resistance.
【0036】 電極体の別の構造としては、コイン電池
に用いられる単セル型の電極体を複数段に積層してなる
積層型が挙げられる。図2に示すように、積層型電極体
7は、所定形状の正極板8と負極板9とをセパレータ1
0を挟み交互に積層したもので、1枚の電極板8・9に
少なくとも1本の電極リード11・12を取り付ける。
電極板8・9の使用材料や作成方法等は、捲回型電極体
1における電極板2・3等と同様である。As another structure of the electrode body, there is a stacked type in which a single-cell type electrode body used for a coin battery is stacked in a plurality of stages. As shown in FIG. 2, the laminated electrode body 7 includes a positive electrode plate 8 and a negative
At least one electrode lead 11, 12 is attached to one electrode plate 8, 9.
The materials used and the preparation method of the electrode plates 8 and 9 are the same as those of the electrode plates 2 and 3 in the wound electrode body 1.
【0037】 次に、捲回型電極体1を例に、その構成
について更に詳細に説明する。正極板2は集電基板の両
面に正極活物質を塗工することによって作製される。集
電基板としては、アルミニウム箔やチタン箔等の正極電
気化学反応に対する耐蝕性が良好である金属箔が用いら
れるが、箔以外にパンチングメタル或いはメッシュ
(網)を用いることもできる。また、正極活物質として
は、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)やコバルト酸
リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(Li
NiO2)等のリチウム遷移金属複合酸化物が好適に用
いられ、好ましくは、これらにアセチレンブラック等の
炭素微粉末が導電助剤として加えられる。Next, the configuration of the wound electrode body 1 will be described in more detail by way of example. The positive electrode plate 2 is manufactured by applying a positive electrode active material to both surfaces of a current collecting substrate. As the current collecting substrate, a metal foil having good corrosion resistance to a positive electrode electrochemical reaction such as an aluminum foil or a titanium foil is used, but a punching metal or a mesh (net) can be used instead of the foil. As the positive electrode active material, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (Li
A lithium transition metal composite oxide such as NiO 2 ) is suitably used, and preferably, a fine carbon powder such as acetylene black is added as a conductive additive thereto.
【0038】 正極活物質の塗工は、正極活物質粉末に
溶剤や結着剤等を添加して作成したスラリー或いはペー
ストを、ロールコータ法等を用いて、集電基板に塗布・
乾燥することで行われ、その後に必要に応じてプレス処
理等が施される。The coating of the positive electrode active material is performed by applying a slurry or paste prepared by adding a solvent, a binder, or the like to the positive electrode active material powder, using a roll coater method or the like on a current collecting substrate.
The drying is performed, and thereafter, a pressing process or the like is performed as needed.
【0039】 負極板3は、正極板2と同様にして作成
することができる。負極板3の集電基板としては、銅箔
若しくはニッケル箔等の負極電気化学反応に対する耐蝕
性が良好な金属箔が好適に用いられる。負極活物質とし
ては、ソフトカーボンやハードカーボンといったアモル
ファス系炭素質材料や人造黒鉛や天然黒鉛等の高黒鉛化
炭素質粉末が用いられる。The negative electrode plate 3 can be made in the same manner as the positive electrode plate 2. As the current collecting substrate of the negative electrode plate 3, a metal foil having good corrosion resistance to a negative electrode electrochemical reaction such as a copper foil or a nickel foil is suitably used. As the negative electrode active material, an amorphous carbonaceous material such as soft carbon or hard carbon, or a highly graphitized carbonaceous powder such as artificial graphite or natural graphite is used.
【0040】 セパレータ4としては、マイクロポアを
有するLi+透過性のポリエチレンフィルム(PEフィ
ルム)を、多孔性のLi+透過性のポリプロピレンフィ
ルム(PPフィルム)で挟んだ三層構造としたものが好
適に用いられる。これは、電極体の温度が上昇した場合
に、PEフィルムが約130℃で軟化してマイクロポア
が潰れ、Li+の移動即ち電池反応を抑制する安全機構
を兼ねたものである。そして、このPEフィルムをより
軟化温度の高いPPフィルムで挟持することによって、
PEフィルムが軟化した場合においても、PPフィルム
が形状を保持して正極板2と負極板3の接触・短絡を防
止し、電池反応の確実な抑制と安全性の確保が可能とな
る。The separator 4 preferably has a three-layer structure in which a Li + permeable polyethylene film (PE film) having micropores is sandwiched by a porous Li + permeable polypropylene film (PP film). Used for When the temperature of the electrode body rises, the PE film softens at about 130 ° C. and the micropores are crushed, which also serves as a safety mechanism for suppressing the movement of Li + , that is, the battery reaction. And, by sandwiching this PE film with a PP film having a higher softening temperature,
Even when the PE film is softened, the PP film retains its shape to prevent contact / short circuit between the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate 3, thereby making it possible to reliably suppress battery reaction and ensure safety.
【0041】 この電極板2・3とセパレータ4の捲回
作業時に、電極板2・3において電極活物質の塗工され
ていない集電基板が露出した部分に、電極リード5・6
がそれぞれ取り付けられる。電極リード5・6として
は、それぞれの電極板2・3の集電基板と同じ材質から
なる箔状のものが好適に用いられる。電極リード5・6
の電極板2・3への取り付けは、超音波溶接やスポット
溶接等を用いて行うことができる。このとき、図1に示
されるように、電極体1の一端面に一方の電極の電極リ
ードが配置されるように電極リード5・6をそれぞれ取
り付けると、電極リード5・6間の接触を防止すること
ができ、好ましい。At the time of winding work of the electrode plates 2 and 3 and the separator 4, the electrode leads 5 and 6 are provided on the portions of the electrode plates 2 and 3 where the current collecting substrate not coated with the electrode active material is exposed.
Are respectively attached. As the electrode leads 5 and 6, foil-like ones made of the same material as the current collecting substrate of each of the electrode plates 2 and 3 are preferably used. Electrode leads 5 and 6
Can be attached to the electrode plates 2 and 3 using ultrasonic welding, spot welding, or the like. At this time, as shown in FIG. 1, when the electrode leads 5 and 6 are attached so that the electrode leads of one electrode are arranged on one end surface of the electrode body 1, contact between the electrode leads 5 and 6 is prevented. Can be preferred.
【0042】 電池の組立に当たっては、先ず、電流を
外部に取り出すための端子との電極リード5・6との導
通を確保しつつ、作製された電極体1を電池ケースに挿
入して安定な位置にホールドする。その後、非水電解液
を含浸させた後に、電池ケースを封止することで電池が
作製される。In assembling the battery, first, while ensuring conduction between the terminals for extracting current to the outside and the electrode leads 5 and 6, the manufactured electrode body 1 is inserted into the battery case to be in a stable position. Hold on. Then, after impregnating with a non-aqueous electrolyte, the battery case is sealed to produce a battery.
【0043】 次に、本発明のリチウム二次電池に用い
られる非水電解液について説明する。溶媒としては、エ
チレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート
(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プロピ
レンカーボネート(PC)といった炭酸エステル系のも
のや、γ―ブチロラクチン、テトラヒドロフラン、アセ
トニトリル等の単独溶媒若しくは混合溶媒が好適に用い
られる。Next, the non-aqueous electrolyte used in the lithium secondary battery of the present invention will be described. Examples of the solvent include carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) and propylene carbonate (PC), and single or mixed solvents such as γ-butyrolactin, tetrahydrofuran, and acetonitrile. It is preferably used.
【0044】 このような溶媒に溶解されるリチウム化
合物、即ち電解質としては、六フッ化リン酸リチウム
(LiPF6)やホウフッ化リチウム(LiBF4)等の
リチウム錯体フッ素化合物、或いは過塩素酸リチウム
(LiClO4)といったリチウムハロゲン化物が挙げ
られ、1種類若しくは2種類以上を前記溶媒に溶解して
用いる。特に、酸化分解が起こり難く、非水電解液の導
電性の高いLiPF6を用いることが好ましい。As a lithium compound dissolved in such a solvent, that is, as an electrolyte, a lithium complex fluorine compound such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or lithium borofluoride (LiBF 4 ), or lithium perchlorate ( Lithium chloride such as LiClO 4 ), and one or more of them are dissolved in the solvent and used. In particular, it is preferable to use LiPF 6 which does not easily undergo oxidative decomposition and has high conductivity of the non-aqueous electrolyte.
【0045】[0045]
【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳
細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。 (実施例1〜4、比較例1)実施例1〜4及び比較例1
に係る電池は、LiMn2O4スピネルを正極活物質と
し、これに導電助剤としてアセチレンブラックを外比で
4重量%ほど添加したものに、更に溶剤、バインダを加
えて作製した正極剤スラリーを、厚さ20μmのアルミ
ニウム箔の両面にそれぞれ約100μmの厚みとなるよ
うに塗工して作成した正極板2と、これと同様の方法に
加え、カーボン粉末を負極活物質として、厚さ10μm
の銅箔の両面にそれぞれ約80μmの厚みとなるように
塗工して作成した負極板3とを用いて捲回型電極体を作
製し、電池ケースに収容後、非水電解液を充填して作製
したものである。ここで、非水電解液としては、ECと
DECの等容量混合溶媒に電解質としてのLiPF6を
1mol/lの濃度となるように溶解した溶液に、表1
に示すように、当該化合物を外比で、0.1質量%ほど
添加したものを用いた。これら各種電池の初回充電後の
電池容量は、全て約10Ahであった。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. (Examples 1 to 4, Comparative Example 1) Examples 1 to 4 and Comparative Example 1
The battery according to the above is a cathode active material slurry prepared by adding LiMn 2 O 4 spinel as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive additive to an external ratio of about 4% by weight, and further adding a solvent and a binder. A positive electrode plate 2 prepared by coating both sides of a 20-μm-thick aluminum foil so as to have a thickness of about 100 μm, respectively;
A negative electrode plate 3 was prepared by coating both sides of the copper foil so as to have a thickness of about 80 μm, and a wound electrode body was prepared. It was produced by Here, as the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte at a concentration of 1 mol / l in an equal volume mixed solvent of EC and DEC was prepared as shown in Table 1.
As shown in Table 2, a compound to which the compound was added in an external ratio of about 0.1% by mass was used. The battery capacities of these various batteries after the first charge were all about 10 Ah.
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】 また、サイクル試験は、図3に示される
充放電サイクルを1サイクルとして、これを繰り返すこ
とにより行った。即ち、1サイクルは放電深度50%の
充電状態の電池を10C(放電レート)相当の電流10
0Aにて9秒間放電した後18秒間休止し、その後70
Aで6秒間充電後、続いて18Aで27秒間充電し、再
び50%の充電状態とするパターンに設定した。なお、
充電の2回目(18A)の電流値を微調整することによ
り、各サイクルにおける放電深度のずれを最小限に止め
た。また、この耐久試験中の電池容量の変化を知るため
に、適宜、0.2Cの電流強さで充電停止電圧4.1
V、放電停止電圧2.5Vとした容量測定を行い、所定
のサイクル数における電池容量を初回の電池容量で除し
た値により相対放電容量を求めた。The cycle test was performed by repeating the charge / discharge cycle shown in FIG. 3 as one cycle. That is, in one cycle, a battery in a charged state with a depth of discharge of 50% has a current 10 corresponding to 10 C (discharge rate).
After discharging at 0A for 9 seconds, rest for 18 seconds.
After charging at A for 6 seconds, the battery was charged at 18A for 27 seconds, and the pattern was again set to a 50% charged state. In addition,
The deviation of the depth of discharge in each cycle was minimized by finely adjusting the current value of the second charge (18 A). In order to know the change in the battery capacity during the endurance test, the charge stop voltage 4.1 at a current intensity of 0.2 C is appropriately set.
V, and a discharge stop voltage of 2.5 V, a capacity measurement was performed, and a relative discharge capacity was obtained from a value obtained by dividing the battery capacity at a predetermined cycle number by the initial battery capacity.
【0048】(評価)図4から分かるように、本発明に
係る実施例1〜4の電池は、20000回のサイクル試
験において、85%の容量保持率を達成し、当該化合物
が用いられていない比較例1よりも極めて良好なサイク
ル特性を発揮した。これは、N−Oラジカルを分子構造
内に含んだ環状化合物及びMn2+供給体となる環状化合
物が、有機溶媒のラジカル分解反応を抑制し、また、H
Fをトラップすることにより、良好なSEIを作り出
し、サイクル寿命が向上したものと考えられる。(Evaluation) As can be seen from FIG. 4, the batteries of Examples 1 to 4 according to the present invention achieved a capacity retention of 85% in a 20,000 cycle test, and did not use the compound. Very good cycle characteristics were exhibited compared to Comparative Example 1. This is because a cyclic compound containing an N—O radical in its molecular structure and a cyclic compound serving as a Mn 2+ supplier suppress a radical decomposition reaction of an organic solvent, and
It is considered that by trapping F, good SEI was produced and the cycle life was improved.
【0049】 ここで、実施例1〜4及び比較例1に係
る電池は、上記の方法により、電池ケース内に当該化合
物を含ませて調整した種々の電池構成部材を用いて作製
した。また、その他の部材、試験環境はすべての試料に
ついて同じとし、電池部材の乾燥は電池の組立直前まで
十分に行い、電池の封止不良等による電池外部からの水
分の浸入等の影響も排除した。Here, the batteries according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were produced by the above-described method using various battery components adjusted to include the compound in a battery case. The other components and the test environment were the same for all the samples, and the drying of the battery members was fully performed until immediately before the assembly of the battery, and the effects of intrusion of moisture from the outside of the battery due to poor sealing of the battery and the like were also eliminated. .
【0050】(実施例5、比較例2)実施例5及び比較
例2にかかる電池は、LiMn2O4スピネルを正極活物
質とし、これに導電助剤たるアセチレンブラックとバイ
ンダたるポリフッ化ビニリデンを重量比で、50:2:
3の比で混合したものを正極材料とし、その正極材料
0.02gを300kg/cm2の圧力で直径20mm
φの円板状にプレス成形して作製した正極板と、カーボ
ンを負極板として用いてコインセル型電極体を作製し、
電池ケースに収容後、非水電解液を充填して作製したも
のである。ここで、非水電解液としては、ECとDEC
の等容量混合溶媒に、電池特性劣化の原因となる水分
(H2O)を500ppm程添加し、また、当該化合物
を、表2に示すように、500ppm程添加し、電解質
としてLiPF6を1mol/lの濃度となるように溶
解した溶液を用いた。これら各種電池の初回充電後の電
池容量は、全て約1.3mAhであった。(Example 5, Comparative Example 2) The batteries according to Example 5 and Comparative Example 2 used LiMn 2 O 4 spinel as a positive electrode active material, and added acetylene black as a conductive additive and polyvinylidene fluoride as a binder. By weight ratio, 50: 2:
The mixture obtained at a ratio of 3 was used as a positive electrode material, and 0.02 g of the positive electrode material was added at a pressure of 300 kg / cm 2 to a diameter of 20 mm.
A positive electrode plate produced by press molding into a disk of φ, and a coin cell type electrode body using carbon as the negative electrode plate,
It was prepared by filling the battery case with a non-aqueous electrolyte solution. Here, as the non-aqueous electrolyte, EC and DEC are used.
About 500 ppm of water (H 2 O), which causes deterioration of battery characteristics, is added to the mixed solvent of the same volume, and the compound is added at about 500 ppm as shown in Table 2, and 1 mol of LiPF 6 is used as an electrolyte. A solution dissolved to a concentration of / l was used. The battery capacities of these various batteries after the first charge were all about 1.3 mAh.
【0051】[0051]
【表2】 [Table 2]
【0052】 コインセル型電池におけるサイクル試験
は、以下に示す充放電サイクルを1サイクルとして、こ
れを繰り返すことにより行った。即ち、1サイクルは1
C相当の電流1.3mAで電圧4.1Vまで充電後、続
いて一定電圧にてトータルで3時間の充電をし、その後
電池を、1C(放電レート)相当の電流1.3mAの一
定電流にて放電し、電圧が2.5Vになるまで放電した
後、600秒間休止し、再度同様の充放電を繰り返すと
いうパターンに設定した。なお、図5に示す相対放電容
量(%)は、下記の数1を用いて計算したものである。The cycle test of the coin cell type battery was performed by repeating the following charge / discharge cycle as one cycle. That is, one cycle is 1
After charging to a voltage of 4.1 V with a current of 1.3 mA corresponding to C, the battery was subsequently charged at a constant voltage for a total of 3 hours, and then the battery was charged to a constant current of 1.3 mA corresponding to 1 C (discharge rate). After the battery was discharged until the voltage reached 2.5 V, the pattern was set to pause for 600 seconds, and the same charge / discharge was repeated again. The relative discharge capacity (%) shown in FIG. 5 was calculated using the following equation (1).
【0053】[0053]
【数1】相対放電容量(%)=各サイクルにおける放電
容量/初回放電容量## EQU1 ## Relative discharge capacity (%) = discharge capacity in each cycle / initial discharge capacity
【0054】(評価)図5から分かるように、本発明に
係る実施例5の電池は、100回のサイクル試験におい
て、93%の容量保持率を達成し、当該化合物が用いら
れていない比較例2よりも極めて優れたサイクル特性を
発揮した。このように意図的に水分を加えた実施例にお
いて検証したことにより、本発明により開示された化合
物が、重要な電池特性であるサイクル寿命において優れ
た効果を発揮することが明確に実証されたこととなる。(Evaluation) As can be seen from FIG. 5, the battery of Example 5 according to the present invention achieved a capacity retention of 93% in 100 cycles of the cycle test, and was a comparative example in which the compound was not used. The cycle performance was much better than that of No. 2. The verification in the examples to which water was intentionally added as described above clearly demonstrates that the compound disclosed by the present invention exerts an excellent effect on cycle life which is an important battery characteristic. Becomes
【0055】 ここで、実施例5及び比較例2に係る電
池は、捲回型電極体の場合と同じく、上記の方法によ
り、電池ケース内に当該化合物を含ませて調整した種々
の電池構成部材を用いて作製した。また、その他の部
材、試験環境はすべての試料について同じとし、電池部
材の乾燥は電池の組立直前まで十分に行い、電池の封止
不良等による電池外部からの水分の浸入等の影響も排除
した。Here, the batteries according to Example 5 and Comparative Example 2 were prepared in the same manner as in the case of the wound electrode body, by using the above-described method to prepare various battery components prepared by including the compound in a battery case. It was produced using. The other components and the test environment were the same for all the samples, and the drying of the battery members was fully performed until immediately before the assembly of the battery, and the effects of intrusion of moisture from the outside of the battery due to poor sealing of the battery and the like were also eliminated. .
【0056】 なお、エンジン起動用電池、電気自動車
等のモータ駆動用電池においては、発進時や加速時、登
坂時等に大電流の放電が必要とされ、このときには電池
温度の上昇が起こる。しかし、本発明の化合物を添加し
た非水電解液等を用いた場合には、電池温度が上昇した
場合であっても、捕獲されたHFが、再び遊離して非水
電解液中に溶け込むことが起こりがたいために、サイク
ル特性良好な維持が図られる。In a battery for starting an engine or a battery for driving a motor such as an electric vehicle, a large current is required to be discharged at the time of starting, accelerating, climbing a hill, or the like. At this time, the battery temperature rises. However, when a non-aqueous electrolyte to which the compound of the present invention is added is used, even if the battery temperature rises, the captured HF may be released again and dissolved in the non-aqueous electrolyte. Is difficult to occur, and good cycle characteristics are maintained.
【0057】 以上、本発明について、主に捲回型電極
体を用いた場合を例に説明してきたが、本発明は電池構
造を問うものでないこというまでもなく、長期的な高出
力性を必要とする電池であり、容量の大きな電池に好適
に採用される。具体的には、捲回型或いは積層型の電極
体1,7が用いられる電池容量が2Ah以上のものに好
適に採用される。As described above, the present invention has mainly been described by taking a case where a wound electrode body is used as an example. However, it is needless to say that the present invention does not matter about the battery structure, and the long-term high output performance is not limited. It is a required battery and is suitably adopted for a battery with a large capacity. Specifically, the wound or laminated electrode bodies 1 and 7 are preferably used for those having a battery capacity of 2 Ah or more.
【0058】 電池の用途も限定されるものではないこ
とはいうまでもないが、高出力、低内部抵抗と優れたサ
イクル特性が要求される車載用大容量電池として、エン
ジン起動用、又は電気自動車又はハイブリッド電気自動
車のモータ駆動用に特に好適に用いることができる。Needless to say, the use of the battery is not limited, but as a vehicle-mounted large-capacity battery that requires high output, low internal resistance and excellent cycle characteristics, it can be used for starting an engine or for an electric vehicle. Alternatively, it can be particularly suitably used for driving a motor of a hybrid electric vehicle.
【0059】[0059]
【発明の効果】 以上説明したように、本発明のリチウ
ム二次電池によれば、N−Oラジカルを分子構造内に含
んだ環状化合物及びMn2+供給体となる環状化合物によ
る、それぞれのラジカル消滅反応により、電解液である
有機溶媒の分解を抑制することができる。また、N−O
ラジカルを分子構造内に含んだ環状化合物及びMn2+供
給体となる環状化合物の窒素原子が、HFと配位結合す
ることにより、HFを不活性化することができる。この
結果、本発明におけるリチウム二次電池は、特に高温に
おけるサイクル特性及び信頼性の向上が図られるという
優れた効果を奏する。As described above, according to the lithium secondary battery of the present invention, each of the radicals formed by the cyclic compound containing the N—O radical in the molecular structure and the cyclic compound serving as the Mn 2+ supplier is obtained. By the annihilation reaction, the decomposition of the organic solvent as the electrolytic solution can be suppressed. Also, N-O
HF can be inactivated by coordinating a nitrogen atom of a cyclic compound containing a radical in its molecular structure and a cyclic compound serving as an Mn 2+ donor with HF. As a result, the lithium secondary battery according to the present invention has an excellent effect that the cycle characteristics and reliability are improved particularly at high temperatures.
【図1】 捲回型電極体の構造を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a wound electrode body.
【図2】 積層型電極体の構造を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a stacked electrode body.
【図3】 サイクル試験における充放電パターンを示す
グラフである。FIG. 3 is a graph showing a charge / discharge pattern in a cycle test.
【図4】 実施例1〜4のサイクル試験の結果を示すグ
ラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of the cycle tests of Examples 1 to 4.
【図5】 実施例5のサイクル試験の結果を示すグラフ
である。FIG. 5 is a graph showing the results of a cycle test of Example 5.
1…捲回型電極体、2…正極板、3…負極板、4…セパ
レータ、5…電極リード、6…電極リード、7…積層型
電極体、8…正極板、9…負極板、10…セパレータ、
11…電極リード、12…電極リード、13…巻芯。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wound electrode body, 2 ... Positive electrode plate, 3 ... Negative electrode plate, 4 ... Separator, 5 ... Electrode lead, 6 ... Electrode lead, 7 ... Laminated electrode body, 8 ... Positive electrode plate, 9 ... Negative electrode plate, 10 … Separator,
11 ... electrode lead, 12 ... electrode lead, 13 ... winding core.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ12 BJ14 DJ08 EJ11 HJ02 HJ19 5H050 AA05 AA07 BA17 CA09 CB07 DA09 EA22 EA24 FA02 FA05 FA06 HA02 HA19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H029 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ12 BJ14 DJ08 EJ11 HJ02 HJ19 5H050 AA05 AA07 BA17 CA09 CB07 DA09 EA22 EA24 FA02 FA05 FA06 HA02 HA19
Claims (12)
捲回若しくは積層してなる電極体を備え、リチウム化合
物を電解質として含む非水電解液を用いたリチウム二次
電池であって、 当該正極板、当該負極板、当該セパレータ、及び当該非
水電解液の少なくともいずれかに、 N−Oラジカルを分子構造内に含んだ環状化合物が含ま
れていることを特徴とするリチウム二次電池。1. A positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween.
A lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing a wound or laminated electrode body and containing a lithium compound as an electrolyte, the positive electrode plate, the negative electrode plate, the separator, and the non-aqueous electrolyte Wherein at least one of the above comprises a cyclic compound containing an N—O radical in its molecular structure.
だ環状化合物が、環を一つ有する化合物である請求項1
に記載のリチウム二次電池。2. The cyclic compound containing the NO radical in its molecular structure is a compound having one ring.
4. The lithium secondary battery according to 1.
だ環状化合物が、下記一般式(I)で表される分子構造
を有する化合物である請求項1又は2に記載のリチウム
二次電池。 【化1】 (R1〜R8:水素基、若しくは炭化水素基、若しくはシ
アノ基)3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the cyclic compound containing an NO radical in a molecular structure is a compound having a molecular structure represented by the following general formula (I). . Embedded image (R 1 to R 8 : hydrogen group, hydrocarbon group, or cyano group)
だ環状化合物が、下記一般式(II)で表される分子構造
を有する化合物である請求項1又は2に記載のリチウム
二次電池。 【化2】 (R9〜R18:水素基、若しくは炭化水素基、若しくは
シアノ基)4. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the cyclic compound containing an NO radical in a molecular structure is a compound having a molecular structure represented by the following general formula (II). . Embedded image (R 9 to R 18 : hydrogen group, hydrocarbon group, or cyano group)
状化合物が、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペ
リジニルオキシ フリーラジカル、及び/又は、4−シ
アノ−2,2,6,6−1−テトラメチル−ピペリジニ
ルオキシ フリーラジカルである請求項1、2又は3に
記載のリチウム二次電池。5. A cyclic compound containing an NO radical in its molecular structure is a 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy free radical and / or 4-cyano-2, The lithium secondary battery according to claim 1, 2 or 3, which is 2,6,6-1-tetramethyl-piperidinyloxy free radical.
状化合物が、3−シアノ−2,2,5,5−テトラメチ
ル−1−ピロリジニルオキシ フリーラジカルである請
求項1、2又は4に記載のリチウム二次電池。6. The cyclic compound containing an NO radical in its molecular structure is a 3-cyano-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy free radical. Or the lithium secondary battery according to 4.
捲回若しくは積層してなる電極体を備え、リチウム化合
物を電解質として含む非水電解液を用いたリチウム二次
電池であって、 当該正極板、当該負極板、当該セパレータ、及び当該非
水電解液の少なくともいずれかに、 電解液中において、Mn2+供給体となる環状化合物が含
まれていることを特徴とするリチウム二次電池。7. A positive electrode plate and a negative electrode plate via a separator,
A lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing a wound or laminated electrode body and containing a lithium compound as an electrolyte, the positive electrode plate, the negative electrode plate, the separator, and the non-aqueous electrolyte A lithium secondary battery, characterized in that at least one of the above contains a cyclic compound serving as a Mn 2+ supplier in the electrolytic solution.
マンガン(II)フタロシアニン又はマンガン(II)フタ
ロシアニン誘導体である請求項7に記載のリチウム二次
電池。8. The cyclic compound serving as the Mn 2+ supplier,
The lithium secondary battery according to claim 7, which is manganese (II) phthalocyanine or a manganese (II) phthalocyanine derivative.
とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のリチウム二
次電池。9. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the battery capacity is 2 Ah or more.
求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。10. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a vehicle-mounted battery.
車に用いられることを特徴とする請求項10に記載のリ
チウム二次電池。11. The lithium secondary battery according to claim 10, which is used for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
徴とする請求項10に記載のリチウム二次電池。12. The lithium secondary battery according to claim 10, which is used for starting an engine.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000089972A JP2001283920A (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Lithium secondary battery |
EP01904518A EP1202374A4 (en) | 2000-03-28 | 2001-02-16 | Lithium secondary cell |
PCT/JP2001/001135 WO2001073884A1 (en) | 2000-03-28 | 2001-02-16 | Lithium secondary cell |
US10/009,216 US20030190530A1 (en) | 2000-03-28 | 2001-02-16 | Lithium Secondary Battery |
CA002374724A CA2374724A1 (en) | 2000-03-28 | 2001-02-16 | Lithium secondary cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000089972A JP2001283920A (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Lithium secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001283920A true JP2001283920A (en) | 2001-10-12 |
Family
ID=18605648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000089972A Withdrawn JP2001283920A (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Lithium secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001283920A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004319325A (en) * | 2003-04-17 | 2004-11-11 | Samsung Sdi Co Ltd | Lithium secondary battery and method for manufacturing lithium secondary battery |
WO2006124389A2 (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-23 | 3M Innovative Properties Company | N-oxide redox shuttles for rechargeable lithium-ion cell |
FR2911723A1 (en) * | 2007-01-19 | 2008-07-25 | Arkema France | Electrode, for electrochemical energy storage system, which is useful as a battery for a computer, a server/a portable telephone, or a supercapacitor, comprises a triazinic polynitroxide |
CN100438155C (en) * | 2006-01-13 | 2008-11-26 | 厦门大学 | Manganese ion lithium silicate/carbon composite anode material for rechargeable lithium battery and method for preparing the same |
US8101302B2 (en) | 2008-02-12 | 2012-01-24 | 3M Innovative Properties Company | Redox shuttles for high voltage cathodes |
US8242213B2 (en) | 2004-12-06 | 2012-08-14 | Nec Corporation | Method for manufacturing polyradical compound and battery |
US10804576B2 (en) | 2016-03-03 | 2020-10-13 | Lg Chem, Ltd. | Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same |
-
2000
- 2000-03-28 JP JP2000089972A patent/JP2001283920A/en not_active Withdrawn
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004319325A (en) * | 2003-04-17 | 2004-11-11 | Samsung Sdi Co Ltd | Lithium secondary battery and method for manufacturing lithium secondary battery |
US8242213B2 (en) | 2004-12-06 | 2012-08-14 | Nec Corporation | Method for manufacturing polyradical compound and battery |
WO2006124389A2 (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-23 | 3M Innovative Properties Company | N-oxide redox shuttles for rechargeable lithium-ion cell |
WO2006124389A3 (en) * | 2005-05-17 | 2007-06-07 | 3M Innovative Properties Co | N-oxide redox shuttles for rechargeable lithium-ion cell |
US7615317B2 (en) | 2005-05-17 | 2009-11-10 | 3M Innovative Properties Company | N-oxide redox shuttles for rechargeable lithium-ion cell |
KR101299880B1 (en) * | 2005-05-17 | 2013-08-23 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | N-oxide redox shuttles for rechargeable lithium-ion cell |
CN100438155C (en) * | 2006-01-13 | 2008-11-26 | 厦门大学 | Manganese ion lithium silicate/carbon composite anode material for rechargeable lithium battery and method for preparing the same |
FR2911723A1 (en) * | 2007-01-19 | 2008-07-25 | Arkema France | Electrode, for electrochemical energy storage system, which is useful as a battery for a computer, a server/a portable telephone, or a supercapacitor, comprises a triazinic polynitroxide |
WO2008099100A1 (en) * | 2007-01-19 | 2008-08-21 | Arkema France | Electrode comprising at least one triazinic polynitroxide |
US8101302B2 (en) | 2008-02-12 | 2012-01-24 | 3M Innovative Properties Company | Redox shuttles for high voltage cathodes |
US10804576B2 (en) | 2016-03-03 | 2020-10-13 | Lg Chem, Ltd. | Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7341807B2 (en) | Non-flammable nonaqueous electrolyte solution and lithium ion cell using same | |
JP2010129332A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP4204231B2 (en) | Lithium secondary battery | |
JP2001283907A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2001273927A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2001223030A (en) | Lithium secondary battery | |
WO2003021707A1 (en) | Nonaqueous electrolyte | |
JP2000113909A (en) | Storing method for lithium secondary battery | |
KR100416150B1 (en) | Method of preparing lithium secondary battery and lithium secondary battery prepared by same | |
JP2005285545A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2001283920A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2001118578A (en) | Lithium secondary cell and method for manufacturing the same | |
JP3594521B2 (en) | Evaluation method of lithium secondary battery | |
WO2005027254A1 (en) | Nonaqueous electrolyte containing capacity enhancing additive of lithium ion cell and lithium ion cell employing it | |
JP2001068153A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2003007332A (en) | Lithium secondary battery and manufacturing method of the same | |
JP2000149996A (en) | Manufacture of nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2002305035A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2003123836A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2001283921A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2000260469A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2005190953A (en) | Lithium secondary battery | |
JP4805545B2 (en) | Lithium secondary battery | |
JP2003109662A (en) | Method of manufacturing secondary battery | |
JP2001223031A (en) | Lithium secondary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |