JP2003317802A - 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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- 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温保存時における安全性が高く、電池特性
に優れるリチウムイオン二次電池を提供する。 【解決手段】 負極がリチウムをドープ・脱ドープ可能
な炭素材料から主としてなり、正極がリチウム含有遷移
金属酸化物から主としてなり、正極と負極を隔離するセ
パレータを使用し、かつ非水系電解液を使用するリチウ
ムイオン二次電池であって、該セパレータは、ポリエチ
レンテレフタレート製不織布と該電解液に膨潤する有機
高分子体を複合化させた膜であり、かつ該電解液の有機
溶媒成分が環状カーボネート系溶媒を主成分とすること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
に優れるリチウムイオン二次電池を提供する。 【解決手段】 負極がリチウムをドープ・脱ドープ可能
な炭素材料から主としてなり、正極がリチウム含有遷移
金属酸化物から主としてなり、正極と負極を隔離するセ
パレータを使用し、かつ非水系電解液を使用するリチウ
ムイオン二次電池であって、該セパレータは、ポリエチ
レンテレフタレート製不織布と該電解液に膨潤する有機
高分子体を複合化させた膜であり、かつ該電解液の有機
溶媒成分が環状カーボネート系溶媒を主成分とすること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池に関するものである。特に、高温保存特性に優れ
たリチウムイオン二次電池に関するものである。
次電池に関するものである。特に、高温保存特性に優れ
たリチウムイオン二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】正極にコバルト酸リチウムに代表される
リチウム含有遷移金属酸化物、負極にリチウムをドープ
・脱ドープ可能な炭素材料を用いた4V級リチウムイオ
ン二次電池は、高エネルギー密度を有するという特徴か
ら携帯電話に代表される携帯電子機器の電源として非常
に重要なものであり、これら携帯電子機器の急速な普及
に伴いその需要は高まる一方である。これら携帯電子機
器は、車中などに放置されることがあるが、夏季は車中
の温度が70℃以上に達することも珍しくない。この様
な高温下においてもリチウムイオン二次電池の性能及び
安全性を維持することが、リチウムイオン電池における
重要課題の一つである。
リチウム含有遷移金属酸化物、負極にリチウムをドープ
・脱ドープ可能な炭素材料を用いた4V級リチウムイオ
ン二次電池は、高エネルギー密度を有するという特徴か
ら携帯電話に代表される携帯電子機器の電源として非常
に重要なものであり、これら携帯電子機器の急速な普及
に伴いその需要は高まる一方である。これら携帯電子機
器は、車中などに放置されることがあるが、夏季は車中
の温度が70℃以上に達することも珍しくない。この様
な高温下においてもリチウムイオン二次電池の性能及び
安全性を維持することが、リチウムイオン電池における
重要課題の一つである。
【0003】そこで、このゲル状の固体電解質を支持体
により補強することにより、高い機械的強度を有し、か
つ電解液保持性が高く高温時に有機溶媒が揮発しにくい
セパレータを作製することが提案されている。支持体と
して、フィルム、職布、不織布等があるが、不織布はゲ
ル状の固体高分子を内包しやすいため、支持体として優
れている。例として、ポリエチレン製不織布やポリプロ
ピレン製不織布と電解液に膨潤する有機高分子体を複合
化させたものがある(特開平09−022724号公
報、米国特許第5603982号明細書、米国特許56
09974号明細書)。
により補強することにより、高い機械的強度を有し、か
つ電解液保持性が高く高温時に有機溶媒が揮発しにくい
セパレータを作製することが提案されている。支持体と
して、フィルム、職布、不織布等があるが、不織布はゲ
ル状の固体高分子を内包しやすいため、支持体として優
れている。例として、ポリエチレン製不織布やポリプロ
ピレン製不織布と電解液に膨潤する有機高分子体を複合
化させたものがある(特開平09−022724号公
報、米国特許第5603982号明細書、米国特許56
09974号明細書)。
【0004】これらリチウムイオン二次電池の多くは非
水系電解液を使用している。非水電解液の溶媒に使用さ
れる有機溶媒成分には、電極に対する化学的、電気化学
的安定性が高いこと、使用可能温度領域が広いことが求
められる。この他にリチウム塩をよく溶解すること、プ
ロトン脱離がないことが求められる。このような溶媒と
してカーボネート系有機溶媒が主に使用されている。特
に、電解液のイオン伝導特性を考慮し、環状カーボネー
ト系有機溶媒と鎖状カーボネート系有機溶媒の混合系が
主に使用されている。
水系電解液を使用している。非水電解液の溶媒に使用さ
れる有機溶媒成分には、電極に対する化学的、電気化学
的安定性が高いこと、使用可能温度領域が広いことが求
められる。この他にリチウム塩をよく溶解すること、プ
ロトン脱離がないことが求められる。このような溶媒と
してカーボネート系有機溶媒が主に使用されている。特
に、電解液のイオン伝導特性を考慮し、環状カーボネー
ト系有機溶媒と鎖状カーボネート系有機溶媒の混合系が
主に使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、鎖状カーボネ
ート系有機溶媒の添加はイオン伝導特性の向上には有効
であるが、それらは比較的沸点が低く蒸気圧が高いため
揮発しやすく、フィルムラミネート外装リチウムイオン
二次電池の高温保存において、電池の膨れを生じたり、
電池の異常時に爆発・発火に至りやすい等の問題があっ
た。
ート系有機溶媒の添加はイオン伝導特性の向上には有効
であるが、それらは比較的沸点が低く蒸気圧が高いため
揮発しやすく、フィルムラミネート外装リチウムイオン
二次電池の高温保存において、電池の膨れを生じたり、
電池の異常時に爆発・発火に至りやすい等の問題があっ
た。
【0006】更に、鎖状カーボネート系溶媒は酸・塩基
条件下において高温になるとエステル交換を示す傾向に
ある。従って、ポリエチレンテレフタレートとエステル
交換をして、ポリエチレンテレフタレート製不織布の機
械的物性の低下を導き、内部短絡が発生し異常過熱にな
る危険性がある。
条件下において高温になるとエステル交換を示す傾向に
ある。従って、ポリエチレンテレフタレートとエステル
交換をして、ポリエチレンテレフタレート製不織布の機
械的物性の低下を導き、内部短絡が発生し異常過熱にな
る危険性がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の問題
点を解決するために鋭意検討した結果、ポリエチレンテ
レフタレート製不織布に電解液に膨潤する有機高分子体
を複合化させた膜をセパレータとし、特定のカーボネー
ト溶媒を用いた電解液を使用することにより、高温保存
時の安全性に優れたリチウムイオン二次電池を開発でき
ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
点を解決するために鋭意検討した結果、ポリエチレンテ
レフタレート製不織布に電解液に膨潤する有機高分子体
を複合化させた膜をセパレータとし、特定のカーボネー
ト溶媒を用いた電解液を使用することにより、高温保存
時の安全性に優れたリチウムイオン二次電池を開発でき
ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0008】すなわち、本発明は、負極がリチウムをド
ープ・脱ドープ可能な炭素材料から主としてなり、正極
がリチウム含有遷移金属酸化物から主としてなり、正極
と負極を隔離するセパレータを使用し、かつ非水系電解
液を使用するリチウムイオン二次電池であって、該セパ
レータは、ポリエチレンテレフタレート製不織布と該電
解液に膨潤する有機高分子体を複合化させた膜であり、
かつ該電解液の有機溶媒成分が環状カーボネート系溶媒
を主成分とすることを特徴とするリチウムイオン二次電
池である。
ープ・脱ドープ可能な炭素材料から主としてなり、正極
がリチウム含有遷移金属酸化物から主としてなり、正極
と負極を隔離するセパレータを使用し、かつ非水系電解
液を使用するリチウムイオン二次電池であって、該セパ
レータは、ポリエチレンテレフタレート製不織布と該電
解液に膨潤する有機高分子体を複合化させた膜であり、
かつ該電解液の有機溶媒成分が環状カーボネート系溶媒
を主成分とすることを特徴とするリチウムイオン二次電
池である。
【0009】また、本発明には下記各発明も含まれる。
2. 該有機高分子体が、ポリフッ化ビニリデン系高分
子、ポリアクリロニトリル系高分子、ポリエチレンオキ
サイド系高分子、およびポリメチルメタクリレート系高
分子から選ばれるいずれか1種類以上を主成分とした有
機高分子体であるリチウムイオン二次電池。 3. 該有機高分子体が、フッ化ビニリデンを85重量
部以上含むポリフッ化ビニリデン共重合体であるリチウ
ムイオン二次電池。 4. 該有機溶媒成分が、環状カーボネート系溶媒を9
5重量部以上含むことを特徴とするリチウムイオン二次
電池。 5. 該環状カーボネート系溶媒が、その沸点が150
℃以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電
池。 6. 該有機溶媒成分が、環状カーボネート系溶媒とし
てのプロピレンカーボネートおよび/またはγ―ブチロ
ラクトンを含み、かつエチレンカーボネートを含むこと
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
子、ポリアクリロニトリル系高分子、ポリエチレンオキ
サイド系高分子、およびポリメチルメタクリレート系高
分子から選ばれるいずれか1種類以上を主成分とした有
機高分子体であるリチウムイオン二次電池。 3. 該有機高分子体が、フッ化ビニリデンを85重量
部以上含むポリフッ化ビニリデン共重合体であるリチウ
ムイオン二次電池。 4. 該有機溶媒成分が、環状カーボネート系溶媒を9
5重量部以上含むことを特徴とするリチウムイオン二次
電池。 5. 該環状カーボネート系溶媒が、その沸点が150
℃以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電
池。 6. 該有機溶媒成分が、環状カーボネート系溶媒とし
てのプロピレンカーボネートおよび/またはγ―ブチロ
ラクトンを含み、かつエチレンカーボネートを含むこと
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。 <リチウムイオン二次電池>本発明のリチウム二次電池
に用いる電極は、リチウムイオンをドープ・脱ドープす
る活物質、この活物質を結着させ電解液に膨潤するバイ
ンダーポリマー、電子伝導性向上のための導電助剤、集
電体で構成される。該電極はゲル化し電解液を保持でき
る構造になっていてもかまわない。
する。 <リチウムイオン二次電池>本発明のリチウム二次電池
に用いる電極は、リチウムイオンをドープ・脱ドープす
る活物質、この活物質を結着させ電解液に膨潤するバイ
ンダーポリマー、電子伝導性向上のための導電助剤、集
電体で構成される。該電極はゲル化し電解液を保持でき
る構造になっていてもかまわない。
【0011】正極活物質としては、種々のリチウム含有
遷移金属酸化物を挙げることができるが、特にこれに限
定されるものではなく、いわゆる4V級リチウムイオン
二次電池に用いる活物質であれば構わない。リチウム含
有遷移金属酸化物の例として、LiCoO2などのリチ
ウム含有コバルト酸化物、LiNiO2などのリチウム
含有ニッケル酸化物、LiMn2O4などのリチウム含有
マンガン酸化物などを挙げることができる。
遷移金属酸化物を挙げることができるが、特にこれに限
定されるものではなく、いわゆる4V級リチウムイオン
二次電池に用いる活物質であれば構わない。リチウム含
有遷移金属酸化物の例として、LiCoO2などのリチ
ウム含有コバルト酸化物、LiNiO2などのリチウム
含有ニッケル酸化物、LiMn2O4などのリチウム含有
マンガン酸化物などを挙げることができる。
【0012】負極活物質にはリチウムイオンを吸蔵放出
する炭素材料が用いられる。炭素材料として、ポリアク
リロニトリル、フェノール樹脂、フェノールノボラック
樹脂、セルロースなどの有機高分子化合物を焼結したも
の、人造黒鉛や天然黒鉛を挙げることが出来る。
する炭素材料が用いられる。炭素材料として、ポリアク
リロニトリル、フェノール樹脂、フェノールノボラック
樹脂、セルロースなどの有機高分子化合物を焼結したも
の、人造黒鉛や天然黒鉛を挙げることが出来る。
【0013】活物質を結着させ電解液に膨潤するバイン
ダーポリマーとしてはポリフッ化ビニリデン(PVd
F)、PVdFとヘキサフルオロプロピレン(HFP)
やパーフルオロメチルビニルエーテル(PFMV)及び
テトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体などの
PVdF共重合体樹脂、ポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)、フッ素ゴムなどのフッ素系樹脂や、スチ
レン―ブタジエン共重合体、スチレン―アクリロニトリ
ル共重合体などの炭化水素系ポリマーや、カルボキシメ
チルセルロース、ポリイミド樹脂などを用いることがで
きるが、これに限定されるものではない。また、これら
は単独でも2種類以上を混合して用いても構わない。
ダーポリマーとしてはポリフッ化ビニリデン(PVd
F)、PVdFとヘキサフルオロプロピレン(HFP)
やパーフルオロメチルビニルエーテル(PFMV)及び
テトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体などの
PVdF共重合体樹脂、ポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)、フッ素ゴムなどのフッ素系樹脂や、スチ
レン―ブタジエン共重合体、スチレン―アクリロニトリ
ル共重合体などの炭化水素系ポリマーや、カルボキシメ
チルセルロース、ポリイミド樹脂などを用いることがで
きるが、これに限定されるものではない。また、これら
は単独でも2種類以上を混合して用いても構わない。
【0014】集電体としては、正極に用いるものは酸化
安定性の優れた材料、負極に用いるものは還元安定性に
優れた材料で作られた箔またはメッシュが好適に用いら
れる。具体的には正極にはアルミニウム、ステンレスス
チール、ニッケル、炭素などを、負極には金属銅、ステ
ンレススチール、ニッケル、炭素などを挙げることがで
きる。特に、正極にはアルミニウム箔またはメッシュ、
負極には銅箔またはメッシュが好適に用いられる。
安定性の優れた材料、負極に用いるものは還元安定性に
優れた材料で作られた箔またはメッシュが好適に用いら
れる。具体的には正極にはアルミニウム、ステンレスス
チール、ニッケル、炭素などを、負極には金属銅、ステ
ンレススチール、ニッケル、炭素などを挙げることがで
きる。特に、正極にはアルミニウム箔またはメッシュ、
負極には銅箔またはメッシュが好適に用いられる。
【0015】導電助剤としては人造黒鉛、カーボンブラ
ック(アセチレンブラック)、ニッケル粉末が好適に用
いられる。負極においては、この導電助剤を含まなくて
も構わない。
ック(アセチレンブラック)、ニッケル粉末が好適に用
いられる。負極においては、この導電助剤を含まなくて
も構わない。
【0016】本発明のリチウムイオン二次電池にはセパ
レータとして、ポリエチレンテレフタレート製不織布に
電解液に膨潤する有機高分子体を複合化させた膜を使用
する。
レータとして、ポリエチレンテレフタレート製不織布に
電解液に膨潤する有機高分子体を複合化させた膜を使用
する。
【0017】該ポリエチレンテレフタレート製不織布の
作製方法は乾式法、湿式法、メルトブロー法のいずれで
もよい。また、該ポリエチレンテレフタレート製不織布
はリチウムイオン二次電池用セパレータに用いるので、
膜厚が薄すぎるとセパレータが十分な強度を得られず、
破損し易くなる。逆に膜厚が厚すぎると、エネルギー密
度が低下する。そのため、膜厚が10〜50μmである
ことが好適である。該ポリエチレンテレフタレート製不
織布の密度が低いと、単位体積に占める繊維の体積が少
なくなり、粒子短絡の可能性が高くなる。逆に密度が高
いと単位体積に占める繊維の体積が大きくなり、イオン
伝導の妨げになる。従って、密度0.3〜1.1g/c
m3であることが好適である。前記の2つの条件を満た
し、適切な機械強度、イオン伝導度、目開きをもつ不織
布を得るには目付量6〜25g/m2が好適である。ま
た、該不織布を形成する繊維が細すぎると機械的強度の
低下につながる。逆に太すぎると不織布の目開きが大き
くなり、粒子短絡につながる上、不織布が厚くなってし
まう。そのため、適切な機械的強度、目開き、膜厚を持
つ不織布を得るには平均繊維径3μm〜15μmである
ことが好適である。また、不織布を構成するポリエチレ
ンテレフタレート繊維をつないでいるバインダー成分
に、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、全芳香
族ポリアミド(アラミド)、ポリイミド、ポリオレフィ
ン、フッ素系ポリマー、エチレン―酢酸ビニル共重合体
等を用いてもよい。これらの中でも、ポリエチレンテレ
フタレート、アラミド、ポリプロピレンを用いたもの
が、耐熱性の点で好ましい。
作製方法は乾式法、湿式法、メルトブロー法のいずれで
もよい。また、該ポリエチレンテレフタレート製不織布
はリチウムイオン二次電池用セパレータに用いるので、
膜厚が薄すぎるとセパレータが十分な強度を得られず、
破損し易くなる。逆に膜厚が厚すぎると、エネルギー密
度が低下する。そのため、膜厚が10〜50μmである
ことが好適である。該ポリエチレンテレフタレート製不
織布の密度が低いと、単位体積に占める繊維の体積が少
なくなり、粒子短絡の可能性が高くなる。逆に密度が高
いと単位体積に占める繊維の体積が大きくなり、イオン
伝導の妨げになる。従って、密度0.3〜1.1g/c
m3であることが好適である。前記の2つの条件を満た
し、適切な機械強度、イオン伝導度、目開きをもつ不織
布を得るには目付量6〜25g/m2が好適である。ま
た、該不織布を形成する繊維が細すぎると機械的強度の
低下につながる。逆に太すぎると不織布の目開きが大き
くなり、粒子短絡につながる上、不織布が厚くなってし
まう。そのため、適切な機械的強度、目開き、膜厚を持
つ不織布を得るには平均繊維径3μm〜15μmである
ことが好適である。また、不織布を構成するポリエチレ
ンテレフタレート繊維をつないでいるバインダー成分
に、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、全芳香
族ポリアミド(アラミド)、ポリイミド、ポリオレフィ
ン、フッ素系ポリマー、エチレン―酢酸ビニル共重合体
等を用いてもよい。これらの中でも、ポリエチレンテレ
フタレート、アラミド、ポリプロピレンを用いたもの
が、耐熱性の点で好ましい。
【0018】複合化の方法としては、電解液を含んだ状
態でポリエチレンテレフタレート不織布と電解液に膨潤
する有機高分子体を複合化させる方法(ウェット製膜
法)と、電解液を含んでいない状態で複合化させる方法
(ドライ製膜法)がある。
態でポリエチレンテレフタレート不織布と電解液に膨潤
する有機高分子体を複合化させる方法(ウェット製膜
法)と、電解液を含んでいない状態で複合化させる方法
(ドライ製膜法)がある。
【0019】ウェット製膜法として、電解液に膨潤す
る有機高分子体と電解液を有機溶媒に溶解、混合し、ポ
リエチレンテレフタレート製不織布上に塗布し、溶媒を
揮発させることで成形する方法、電解液に膨潤する有
機高分子体のモノマーを電解液、重合開始剤と混合し、
ポリエチレンテレフタレート製不織布に含浸させ、熱、
光を用いてこれを重合させる方法がある。
る有機高分子体と電解液を有機溶媒に溶解、混合し、ポ
リエチレンテレフタレート製不織布上に塗布し、溶媒を
揮発させることで成形する方法、電解液に膨潤する有
機高分子体のモノマーを電解液、重合開始剤と混合し、
ポリエチレンテレフタレート製不織布に含浸させ、熱、
光を用いてこれを重合させる方法がある。
【0020】ドライ製膜法としては、電解液に膨潤す
る有機高分子体と可塑剤を有機溶剤に溶解、混合し、ポ
リエチレンテレフタレート製不織布上に塗布し、溶媒を
揮発させることで成形した後、最後に可塑剤と親和性が
あり、有機高分子体を溶解しない有機溶媒で可塑剤を抽
出することで微多孔膜を形成する方法、電解液に膨潤
する有機高分子体と可塑剤を溶融させることで混合し、
これをポリエチレンテレフタレート製不織布上に塗布
し、冷却により成形後、有機高分子体を溶解しない有機
溶媒で可塑剤を抽出することで微多孔膜を形成する方
法、電解液に膨潤する有機高分子体を有機溶媒に溶解
させドープを作製し、ドープを含浸させたポリエチレン
テレフタレート製不織布を、先に示す有機溶媒と親和性
を示しかつ電解液に膨潤する有機高分子体を溶解しない
溶媒に、接触させることで電解液に膨潤する有機高分子
体を多孔化させる方法がある。本発明においては、電解
液を十分に保持しリチウムイオン二次電池として必要な
イオン伝導度を得るようにするために、ドライ製膜法に
おいて有機高分子体は多孔性にするのが好適である。複
合化された膜としては、多孔膜が特に好ましい。
る有機高分子体と可塑剤を有機溶剤に溶解、混合し、ポ
リエチレンテレフタレート製不織布上に塗布し、溶媒を
揮発させることで成形した後、最後に可塑剤と親和性が
あり、有機高分子体を溶解しない有機溶媒で可塑剤を抽
出することで微多孔膜を形成する方法、電解液に膨潤
する有機高分子体と可塑剤を溶融させることで混合し、
これをポリエチレンテレフタレート製不織布上に塗布
し、冷却により成形後、有機高分子体を溶解しない有機
溶媒で可塑剤を抽出することで微多孔膜を形成する方
法、電解液に膨潤する有機高分子体を有機溶媒に溶解
させドープを作製し、ドープを含浸させたポリエチレン
テレフタレート製不織布を、先に示す有機溶媒と親和性
を示しかつ電解液に膨潤する有機高分子体を溶解しない
溶媒に、接触させることで電解液に膨潤する有機高分子
体を多孔化させる方法がある。本発明においては、電解
液を十分に保持しリチウムイオン二次電池として必要な
イオン伝導度を得るようにするために、ドライ製膜法に
おいて有機高分子体は多孔性にするのが好適である。複
合化された膜としては、多孔膜が特に好ましい。
【0021】該有機高分子体は電解液に膨潤する性質を
有していれば良い。例として、ポリフッ化ビニリデン系
高分子、ポリアクリロニトリル系高分子、ポリエチレン
オキサイド系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分
子等を1種類以上含む有機高分子体が挙げられる。該有
機高分子体の重量平均分子量として、10,000〜
1,000,000であることが好適である。更に、本
発明においてはポリフッ化ビニリデンを主体としたポリ
マーが製膜性の観点からより好適に用いられる。該ポリ
フッ化ビニリデン系高分子を主成分としたポリマーとし
て、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオ
ロビニルエーテル(PFVE)、テトラフルオロエチレ
ン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTF
E)等をフッ化ビニリデンに共重合したものが挙げられ
る。このとき、共重合体にフッ化ビニリデンを85重量
部以上含むことが好適である。
有していれば良い。例として、ポリフッ化ビニリデン系
高分子、ポリアクリロニトリル系高分子、ポリエチレン
オキサイド系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分
子等を1種類以上含む有機高分子体が挙げられる。該有
機高分子体の重量平均分子量として、10,000〜
1,000,000であることが好適である。更に、本
発明においてはポリフッ化ビニリデンを主体としたポリ
マーが製膜性の観点からより好適に用いられる。該ポリ
フッ化ビニリデン系高分子を主成分としたポリマーとし
て、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオ
ロビニルエーテル(PFVE)、テトラフルオロエチレ
ン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTF
E)等をフッ化ビニリデンに共重合したものが挙げられ
る。このとき、共重合体にフッ化ビニリデンを85重量
部以上含むことが好適である。
【0022】本発明のリチウム二次電池には電解質のリ
チウム塩を有機溶媒に溶解した非水系電解液が好適に用
いられる。使用する溶媒は環状カーボネート系溶媒を主
成分とすることが求められる。鎖状カーボネート系溶媒
は沸点が低く、蒸気圧が高いものが多い。更に末端のエ
ステル基がフリーであるため、酸・塩基性条件下ではエ
ステル交換をする可能性があり、ポリエチレンテレフタ
レート製不織布とのエステル交換により機械的物性の低
下を引き起こす危険性がある。これに対し、環状カーボ
ネート系溶媒はエステル基が環を巻いて閉じているため
に、エステル交換をする可能性が非常に低い。また、環
状カーボネート系溶媒の沸点が150℃以上であること
が好適である。これは、沸点が低いとフィルムラミネー
ト外装リチウムイオン二次電池を加熱した際に、溶媒が
揮発して電池が膨らんだり、電池の異常時に電池が爆発
・発火する危険性があるからである。
チウム塩を有機溶媒に溶解した非水系電解液が好適に用
いられる。使用する溶媒は環状カーボネート系溶媒を主
成分とすることが求められる。鎖状カーボネート系溶媒
は沸点が低く、蒸気圧が高いものが多い。更に末端のエ
ステル基がフリーであるため、酸・塩基性条件下ではエ
ステル交換をする可能性があり、ポリエチレンテレフタ
レート製不織布とのエステル交換により機械的物性の低
下を引き起こす危険性がある。これに対し、環状カーボ
ネート系溶媒はエステル基が環を巻いて閉じているため
に、エステル交換をする可能性が非常に低い。また、環
状カーボネート系溶媒の沸点が150℃以上であること
が好適である。これは、沸点が低いとフィルムラミネー
ト外装リチウムイオン二次電池を加熱した際に、溶媒が
揮発して電池が膨らんだり、電池の異常時に電池が爆発
・発火する危険性があるからである。
【0023】これらの条件を満たす環状カーボネート系
溶媒にプロピレンカーボネート(PC、沸点242
℃)、γ―ブチロラクトン(γ―BL、沸点204℃)
等を挙げることができる。これらの有機溶媒は混合して
使用しても構わない。さらに混合比は任意に決めること
ができる。また、これらにエチレンカーボネート(E
C)を混合させると十分な電池性能を発現することがで
きるので好ましい。また、本発明の環状カーボネート系
溶媒は、電解質の有機溶媒成分の主成分、すなわち50
重量部超用いられる、好ましくは95重量部以上が含ま
れるが、5重量部以下であれば鎖状カーボネート系溶媒
が混入していても、エステル交換によるポリエチレンテ
レフタレート製不織布の機械的物性の低下や、膨れや爆
発の危険性は極めて低いため、混入していてもかまわな
い。
溶媒にプロピレンカーボネート(PC、沸点242
℃)、γ―ブチロラクトン(γ―BL、沸点204℃)
等を挙げることができる。これらの有機溶媒は混合して
使用しても構わない。さらに混合比は任意に決めること
ができる。また、これらにエチレンカーボネート(E
C)を混合させると十分な電池性能を発現することがで
きるので好ましい。また、本発明の環状カーボネート系
溶媒は、電解質の有機溶媒成分の主成分、すなわち50
重量部超用いられる、好ましくは95重量部以上が含ま
れるが、5重量部以下であれば鎖状カーボネート系溶媒
が混入していても、エステル交換によるポリエチレンテ
レフタレート製不織布の機械的物性の低下や、膨れや爆
発の危険性は極めて低いため、混入していてもかまわな
い。
【0024】前記の有機溶媒に溶解するリチウム塩とし
ては、例えば過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フ
ッ化りん酸リチウム(LiPF6)、ホウ四フッ化リチ
ウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAs
F6)、トリフロロスルホン酸リチウム(LiCF3SO
3)、リチウムパーフロロメチルスルホニルイミド[L
iN(CF3SO2)2]、リチウムパーフロロエチルス
ルホニルイミド[LiN(C2F5SO2)2]、リチウム
パーフロロメチルエチルスルホニルイミド[LiN(C
2F5SO2)(CF3SO2)]等が挙げられる。また、
これらは混合して用いても構わない。溶解するリチウム
塩の濃度としては0.2〜2Mの範囲が好適に用いられ
る。高温保存時の安定性を考慮すると、LiBF4、L
iN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2または
LiN(C2F5SO2)(CF3SO2)が望ましい。
ては、例えば過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フ
ッ化りん酸リチウム(LiPF6)、ホウ四フッ化リチ
ウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAs
F6)、トリフロロスルホン酸リチウム(LiCF3SO
3)、リチウムパーフロロメチルスルホニルイミド[L
iN(CF3SO2)2]、リチウムパーフロロエチルス
ルホニルイミド[LiN(C2F5SO2)2]、リチウム
パーフロロメチルエチルスルホニルイミド[LiN(C
2F5SO2)(CF3SO2)]等が挙げられる。また、
これらは混合して用いても構わない。溶解するリチウム
塩の濃度としては0.2〜2Mの範囲が好適に用いられ
る。高温保存時の安定性を考慮すると、LiBF4、L
iN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2または
LiN(C2F5SO2)(CF3SO2)が望ましい。
【0025】本発明のリチウムイオン二次電池は、基本
的には角型・円筒型・フィルム外装型といったどのよう
な形状においても実施可能である。また、いわゆるゲル
電解質膜を用いたポリマー電池のような電極とセパレー
タを複合化させたリチウムイオン二次電池においても実
施可能である。このときは正負極間にあるゲル電解質膜
層をセパレータとする。また、基本的にはどのような電
池容量においても実施可能である。
的には角型・円筒型・フィルム外装型といったどのよう
な形状においても実施可能である。また、いわゆるゲル
電解質膜を用いたポリマー電池のような電極とセパレー
タを複合化させたリチウムイオン二次電池においても実
施可能である。このときは正負極間にあるゲル電解質膜
層をセパレータとする。また、基本的にはどのような電
池容量においても実施可能である。
【0026】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。ただし、以下の実施例は本発明を限定するものでは
ない。 <セパレータの作成法>セパレータに用いるポリエチレ
ンテレフタレート製不織布に、目付量11g/m2、平
均膜厚15μm、密度0.73g/cm3、平均繊維径
8μmの湿式法により作製されたポリエチレンテレフタ
レート製不織布を用いた。また、ポリエチレンテレフタ
レート製不織布と複合化させるのに用いるポリフッ化ビ
ニリデン系高分子として、フッ化ビニリデン:ヘキサフ
ルオロプロピレン:クロロトリフルオロエチレン=9
6.0:2.0:2.0のモル比で共重合したポリマー
(重量平均分子量400000)を用いた。該ポリフッ
化ビニリデン系高分子を溶解したドープは、溶媒として
ジメチルアセトアミド(DMAc)、相分離剤としてト
リプロピレングリコール(TPG)を用い、該ポリフッ
化ビニリデン系高分子が10重量部、溶媒が54重量
部、相分離剤濃度が36重量部となるように調整した。
該ポリエチレンテレフタレート製不織布にドープを十分
含浸させ、両面が凝固浴と接するように浸漬し凝固浴中
で凝固させた。凝固浴の組成は重量比で水:ジメチルア
セトアミド:トリプロピレングリコール=60:20:
20とした。ついで水洗・乾燥を行い、複合多孔膜のリ
チウムイオン二次電池用セパレータを得た。 [耐溶媒性評価]上記のセパレータを80℃の電解液中
で1時間保存した後、1cm×4cmに切り出し、抄紙
方向に平行方向(MD)にテンシロン(ORIENTE
C製、RTC―1210A)を用い引張試験を行った。
引張速度は20mm/分で行った。この測定により、破
断時の最大点荷重を算出した。
る。ただし、以下の実施例は本発明を限定するものでは
ない。 <セパレータの作成法>セパレータに用いるポリエチレ
ンテレフタレート製不織布に、目付量11g/m2、平
均膜厚15μm、密度0.73g/cm3、平均繊維径
8μmの湿式法により作製されたポリエチレンテレフタ
レート製不織布を用いた。また、ポリエチレンテレフタ
レート製不織布と複合化させるのに用いるポリフッ化ビ
ニリデン系高分子として、フッ化ビニリデン:ヘキサフ
ルオロプロピレン:クロロトリフルオロエチレン=9
6.0:2.0:2.0のモル比で共重合したポリマー
(重量平均分子量400000)を用いた。該ポリフッ
化ビニリデン系高分子を溶解したドープは、溶媒として
ジメチルアセトアミド(DMAc)、相分離剤としてト
リプロピレングリコール(TPG)を用い、該ポリフッ
化ビニリデン系高分子が10重量部、溶媒が54重量
部、相分離剤濃度が36重量部となるように調整した。
該ポリエチレンテレフタレート製不織布にドープを十分
含浸させ、両面が凝固浴と接するように浸漬し凝固浴中
で凝固させた。凝固浴の組成は重量比で水:ジメチルア
セトアミド:トリプロピレングリコール=60:20:
20とした。ついで水洗・乾燥を行い、複合多孔膜のリ
チウムイオン二次電池用セパレータを得た。 [耐溶媒性評価]上記のセパレータを80℃の電解液中
で1時間保存した後、1cm×4cmに切り出し、抄紙
方向に平行方向(MD)にテンシロン(ORIENTE
C製、RTC―1210A)を用い引張試験を行った。
引張速度は20mm/分で行った。この測定により、破
断時の最大点荷重を算出した。
【0027】このとき、電解液として、プロピレンカー
ボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)を重
量比で1対1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四
フッ化リチウム(LiBF4)を溶解したものを用い
た。これを実施例1とする。
ボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)を重
量比で1対1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四
フッ化リチウム(LiBF4)を溶解したものを用い
た。これを実施例1とする。
【0028】また、比較例1として、電解液にジエチル
カーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(E
C)を1対1に混合した溶媒に1Mの濃度でLiBF4
を溶解したものを用いた。結果を表1に示す。
カーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(E
C)を1対1に混合した溶媒に1Mの濃度でLiBF4
を溶解したものを用いた。結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】<リチウムイオン電池の作成法>
[フィルム外装電池の作成法]正極は、コバルト酸リチ
ウム粉末89.5重量部、カーボンブラック4.5重量
部とポリフッ化ビニリデンの乾燥重量が6.0重量部に
なるように5重量部のPVdFのN−メチル−2−ピロ
リドン溶液を用い、正極剤ペーストを作成し、得られた
ペーストを厚さ20μmのアルミ箔上に塗布乾燥後プレ
スし、作製した。これを3cm×4cmに切り出した。
ウム粉末89.5重量部、カーボンブラック4.5重量
部とポリフッ化ビニリデンの乾燥重量が6.0重量部に
なるように5重量部のPVdFのN−メチル−2−ピロ
リドン溶液を用い、正極剤ペーストを作成し、得られた
ペーストを厚さ20μmのアルミ箔上に塗布乾燥後プレ
スし、作製した。これを3cm×4cmに切り出した。
【0031】負極は、炭素質負極剤としてメゾフェーズ
カーボンマイクロビーズ粉末87重量部、カーボンブラ
ック3重量部とポリフッ化ビニリデンの乾燥重量が10
重量部になるように5重量部のポリフッ化ビニリデンの
N−メチル−2−ピロリドン溶液を用い、負極剤ペース
トを作成し、得られたペーストを厚さ18μmの銅箔上
に塗布乾燥後プレスし、作製した。これを3cm×4c
mに切り出した。
カーボンマイクロビーズ粉末87重量部、カーボンブラ
ック3重量部とポリフッ化ビニリデンの乾燥重量が10
重量部になるように5重量部のポリフッ化ビニリデンの
N−メチル−2−ピロリドン溶液を用い、負極剤ペース
トを作成し、得られたペーストを厚さ18μmの銅箔上
に塗布乾燥後プレスし、作製した。これを3cm×4c
mに切り出した。
【0032】電解液として、エチレンカーボネート(E
C)とプロピレンカーボネート(PC)を重量比で1:
1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四フッ化リチ
ウム(LiBF4)を溶解したものを用いた。これを実
施例2とする。
C)とプロピレンカーボネート(PC)を重量比で1:
1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四フッ化リチ
ウム(LiBF4)を溶解したものを用いた。これを実
施例2とする。
【0033】また、溶媒にエチレンカーボネート(E
C)とγ−ブチロラクトン(γ―BL)を1:1に混合
したものを使用した。これを実施例3とする。
C)とγ−ブチロラクトン(γ―BL)を1:1に混合
したものを使用した。これを実施例3とする。
【0034】比較例として、エチレンカーボネート(E
C)とジエチルカーボネート(DEC)を重量比で1:
1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四フッ化リチ
ウム(LiBF4)を溶解した電解液を使用した。これ
を比較例2とする。
C)とジエチルカーボネート(DEC)を重量比で1:
1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四フッ化リチ
ウム(LiBF4)を溶解した電解液を使用した。これ
を比較例2とする。
【0035】前述に示すセパレータを3.1cm×4.
1cmに切り出し、これを正負極間に挟み、前述の電解
液を含浸させ、これをアルミラミネートパックに真空封
入することでフィルム外装電池リチウムイオン二次電池
を作製した。
1cmに切り出し、これを正負極間に挟み、前述の電解
液を含浸させ、これをアルミラミネートパックに真空封
入することでフィルム外装電池リチウムイオン二次電池
を作製した。
【0036】また、セパレータにポリエチレン製微多孔
膜を使用したリチウムイオン二次電池を上記に示すのと
同様の方法で作成した。電解液として、エチレンカーボ
ネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)を重
量比で1:1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四
フッ化リチウム(LiBF4)を溶解したものを用い
た。これを比較例3とする。 [耐熱性評価]上記のリチウムイオン二次電池を0.2
Cで充電電圧3.9Vまで充電し、150℃で1時間保
存した。目視により、リチウムイオン二次電池に膨れが
発生したかを観察した。また、開回路電圧を測定し短絡
の有無を確認した。評価結果を表2に示す。
膜を使用したリチウムイオン二次電池を上記に示すのと
同様の方法で作成した。電解液として、エチレンカーボ
ネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)を重
量比で1:1に混合した混合溶媒に1Mの濃度でホウ四
フッ化リチウム(LiBF4)を溶解したものを用い
た。これを比較例3とする。 [耐熱性評価]上記のリチウムイオン二次電池を0.2
Cで充電電圧3.9Vまで充電し、150℃で1時間保
存した。目視により、リチウムイオン二次電池に膨れが
発生したかを観察した。また、開回路電圧を測定し短絡
の有無を確認した。評価結果を表2に示す。
【0037】
【表2】
【0038】
【発明の効果】以上詳述してきたように、本発明によれ
ば、高温保存時においてセパレータの寸法変化による内
部短絡を回避できる安全性が高く、かつ有機溶媒の揮発
による膨れや、爆発・発火を防ぐ安全性の高いリチウム
イオン二次電池が提供できる。
ば、高温保存時においてセパレータの寸法変化による内
部短絡を回避できる安全性が高く、かつ有機溶媒の揮発
による膨れや、爆発・発火を防ぐ安全性の高いリチウム
イオン二次電池が提供できる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 本元 博行
山口県岩国市日の出町2番1号 帝人株式
会社岩国研究センター内
(72)発明者 大道 高弘
山口県岩国市日の出町2番1号 帝人株式
会社岩国研究センター内
Fターム(参考) 5H021 CC02 EE03 EE06 EE08 EE10
HH01
5H029 AJ12 AK03 AL06 AM03 DJ04
DJ09 EJ12 HJ01
Claims (6)
- 【請求項1】 負極がリチウムをドープ・脱ドープ可能
な炭素材料から主としてなり、正極がリチウム含有遷移
金属酸化物から主としてなり、正極と負極を隔離するセ
パレータを使用し、かつ非水系電解液を使用するリチウ
ムイオン二次電池であって、該セパレータは、ポリエチ
レンテレフタレート製不織布と該電解液に膨潤する有機
高分子体を複合化させた膜であり、かつ該電解液の有機
溶媒成分が環状カーボネート系溶媒を主成分とすること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 【請求項2】 該有機高分子体が、ポリフッ化ビニリデ
ン系高分子、ポリアクリロニトリル系高分子、ポリエチ
レンオキサイド系高分子、およびポリメチルメタクリレ
ート系高分子から選ばれるいずれか1種類以上を主成分
とした有機高分子体である請求項1に記載のリチウムイ
オン二次電池。 - 【請求項3】 該有機高分子体が、フッ化ビニリデンを
85重量部以上含むポリフッ化ビニリデン共重合体であ
る請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 - 【請求項4】 該有機溶媒成分が、環状カーボネート系
溶媒を95重量部以上含むことを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。 - 【請求項5】 該環状カーボネート系溶媒が、その沸点
が150℃以上であることを特徴とする請求項1〜4の
いずれかに記載のリチウムイオン二次電池。 - 【請求項6】 該有機溶媒成分が、環状カーボネート系
溶媒としてのプロピレンカーボネートおよび/またはγ
―ブチロラクトンを含み、かつエチレンカーボネートを
含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の
リチウムイオン二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002122001A JP2003317802A (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | リチウムイオン二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002122001A JP2003317802A (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | リチウムイオン二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003317802A true JP2003317802A (ja) | 2003-11-07 |
Family
ID=29537734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002122001A Pending JP2003317802A (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | リチウムイオン二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003317802A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015090857A (ja) * | 2013-11-07 | 2015-05-11 | 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co.,Ltd. | リチウムイオン二次電池 |
US9882244B2 (en) | 2013-11-07 | 2018-01-30 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable lithium ion battery |
CN110571409A (zh) * | 2018-06-05 | 2019-12-13 | 微宏动力系统(湖州)有限公司 | 一种负极材料的制备方法、负极材料及锂电池 |
-
2002
- 2002-04-24 JP JP2002122001A patent/JP2003317802A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015090857A (ja) * | 2013-11-07 | 2015-05-11 | 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co.,Ltd. | リチウムイオン二次電池 |
US9882244B2 (en) | 2013-11-07 | 2018-01-30 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable lithium ion battery |
CN110571409A (zh) * | 2018-06-05 | 2019-12-13 | 微宏动力系统(湖州)有限公司 | 一种负极材料的制备方法、负极材料及锂电池 |
CN110571409B (zh) * | 2018-06-05 | 2023-08-08 | 微宏先进材料公司 | 一种负极材料的制备方法、负极材料及锂电池 |
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