JP2006286501A - Nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

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真一 川口
Yukihiro Gotanda
幸宏 五反田
Shinichiro Tawara
伸一郎 田原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte battery suppressing increase in internal resistance even when the nonaqueous electrolyte battery is used or stored for a long time, and at the sane time suppressing the generation of leakage, and enhancing reliability especially even when manganese dioxide is used in a positive electrode. <P>SOLUTION: The nonaqueous electrolyte battery is equipped with the positive electrode, a negative electrode mainly comprising lithium metal or a lithium alloy, and a nonaqueous electrolyte, and the positive electrode is mainly comprised of manganese dioxide, and a compound containing anions comprising a saccharin group or its derivative is added to the nonaqueous electrolyte. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、正極に二酸化マンガンを用い、負極にリチウム金属またはリチウム合金を用いた非水電解液電池であり、詳しくは非水電解液に内部抵抗の上昇を抑制する化合物を添加し、当該電池の保存特性を改善した非水電解液電池に関する。   The present invention is a non-aqueous electrolyte battery using manganese dioxide as a positive electrode and lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode. Specifically, a compound that suppresses an increase in internal resistance is added to the non-aqueous electrolyte, and the battery The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery with improved storage characteristics.

非水電解液電池は高エネルギー密度を有し、且つ長期の信頼性に優れることから、電子機器のメモリーバックアップとしての用途、カメラ、小型機器、各種の測定機器、並びに制御機器における電源としての用途等といった広範な分野で使用されている。この種の電池では、負極にリチウム等の軽金属を用い、正極にフッ化黒鉛若しくは二酸化マンガンを用いる構成が一般的である。中でも正極に二酸化マンガンを用いた電池は、低温環境下であっても高負荷の放電特性に優れており、カメラの電源、小型携帯機器の電源用途を主たる使用分野としている。   Non-aqueous electrolyte batteries have high energy density and excellent long-term reliability, so they are used as memory backup for electronic equipment, as power sources for cameras, small equipment, various measuring equipment, and control equipment. Etc. are used in a wide range of fields. In this type of battery, a configuration in which a light metal such as lithium is used for the negative electrode and graphite fluoride or manganese dioxide is used for the positive electrode is common. In particular, a battery using manganese dioxide for the positive electrode has excellent discharge characteristics under a high load even in a low temperature environment, and is mainly used for a power source of a camera and a power source of a small portable device.

これら電池の非水電解液を構成する溶媒には、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、γ−ブチロラクトンなどを単体、或いは混合物が使用され、溶質には、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiN(CFSO)(CSO)等を用いるのが一般的であり、これら溶質を先に挙げた溶媒に溶解している。
さらに上述の非水電解液は、放電特性や寿命特性等といった電池特性の向上を目的とし、先に挙げた溶質とは別に別の化合物を添加剤として添加する場合を有する。例えば、保存特性の改善や内部抵抗の抑制を目的とし、非水電解液に添加剤を付加する構成が知られている。これらの構成では、非水電解液中に含まれる添加剤は、リチウム金属(もしくはその合金)を用いた負極の表面上に被膜を形成することで、内部抵抗の上昇を抑制している。前記被膜が内部抵抗の上昇抑制に与える具体的な作用、機構は明確にされていない点も存在するが、当該被膜が負極表面と電解液との反応性を抑制すること、或いは当該被膜が負極表面と電解液とのイオン伝導性を高めることにより、内部抵抗の上昇が抑制されるとの認識が一般的である。
As the solvent constituting the non-aqueous electrolyte of these batteries, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, γ-butyrolactone, etc. are used alone or as a mixture. The solutes include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) or the like is generally used, and these solutes are dissolved in the solvents mentioned above.
Further, the non-aqueous electrolyte described above has a case of adding a compound other than the above-mentioned solute as an additive for the purpose of improving battery characteristics such as discharge characteristics and life characteristics. For example, a configuration is known in which an additive is added to a non-aqueous electrolyte for the purpose of improving storage characteristics and suppressing internal resistance. In these configurations, the additive contained in the non-aqueous electrolyte suppresses an increase in internal resistance by forming a film on the surface of the negative electrode using lithium metal (or an alloy thereof). Although the specific action and mechanism that the film gives to the suppression of the increase in internal resistance is not clear, the film suppresses the reactivity between the negative electrode surface and the electrolyte, or the film is a negative electrode. It is common to recognize that an increase in internal resistance is suppressed by increasing the ionic conductivity between the surface and the electrolyte.

添加剤を付加する一例として、特許文献1は、リチウム(非水電解液)電池における放電特性の改善を目的として、有機環状カーボネートに中で特定構造式を有するカーボネートを添加する構成を提案している。このカーボネートからなる添加剤は、他の電解液成分(溶媒および溶質)と選択的に作用することで所望する被膜を負極表面上に形成するものである。そして、前記の被膜は、リチウムの透過性に優れており、負極における反応を阻害することはない。また、電解液、或いは電解液等に含まれる不純物成分と負極との反応によりリチウムの透過性に劣る被膜が形成されるのを抑制することで、非水電解液電池における放電特性を改善する効果を奏するものである。
特開2003−089323号公報
As an example of adding an additive, Patent Document 1 proposes a configuration in which a carbonate having a specific structural formula is added to an organic cyclic carbonate for the purpose of improving discharge characteristics in a lithium (nonaqueous electrolyte) battery. Yes. This additive made of carbonate forms a desired film on the negative electrode surface by selectively acting with other electrolyte components (solvent and solute). And the said film is excellent in the permeability | transmittance of lithium, and does not inhibit reaction in a negative electrode. In addition, the effect of improving discharge characteristics in a non-aqueous electrolyte battery by suppressing the formation of a coating film having poor lithium permeability due to the reaction between the electrolyte component or the impurity component contained in the electrolyte solution and the negative electrode It plays.
JP 2003-089332 A

上述のように非水電解液に加えられた添加剤は、負極表面上に被膜を形成することで電池特性の向上に寄与している。さらに電池内部に残存する水分が負極との反応を生じ、放電特性の悪化を抑制する点でも有効に作用しており、被膜による放電特性の改善効果は極めて大きいものである。然し乍、長期間に亘って電池が保存、もしくは使用される使用環
境にある場合、特に電池の使用環境が高温下となり、長期間に亘って使用、もしくは保存される場合には、非水電解液と正極との反応、或いは電池内に残存する水分との反応を生じ、内部抵抗の上昇させる現象が認められる。
As described above, the additive added to the non-aqueous electrolyte contributes to the improvement of the battery characteristics by forming a film on the negative electrode surface. Furthermore, moisture remaining inside the battery reacts with the negative electrode to effectively suppress the deterioration of the discharge characteristics, and the effect of improving the discharge characteristics by the coating is extremely large. However, when the battery is in a usage environment where it is stored or used for a long period of time, especially when the battery is used at a high temperature and used or stored for a long period of time, non-aqueous electrolysis There is a phenomenon in which a reaction between the liquid and the positive electrode or a reaction with moisture remaining in the battery is caused to increase the internal resistance.

また、正極に二酸化マンガンを用いた電池では、正極の二酸化マンガンと非水電解液との反応性が高く、非水電解液の分解を伴った反応が生じ易い傾向にある。この反応で生じた分解生成物は正極表面に析出し易く、内部抵抗の上昇を生じせしめることから、結果的に放電時に電圧降下を引き起こすことになる。加えて、二酸化マンガンと非水電解液との分解を伴う反応は、電池内圧の上昇も生じさせ、漏液等の発生要因となる。このように、非水電解液の分解に端を発する反応は、放電特性の悪化、漏液等の発生といった問題を生じるものであり、非水電解液電池の信頼性を低下させることになる。特に長期間の保存、使用を前提とした機器は、使用環境が厳しい状況でも非水電解液電池に対して高い信頼性を要求するものである。放電特性の悪化、漏液の発生が与える悪影響は、機器の使用様態によってはデータ喪失、機器の動作停止等といった状況に波及する虞があり、機器の信頼性さえも揺るがしかねないものである。   In addition, in a battery using manganese dioxide for the positive electrode, the reactivity between manganese dioxide of the positive electrode and the non-aqueous electrolyte is high, and a reaction accompanied by decomposition of the non-aqueous electrolyte tends to occur. Decomposition products generated by this reaction are likely to be deposited on the surface of the positive electrode, causing an increase in internal resistance, resulting in a voltage drop during discharge. In addition, the reaction involving decomposition of manganese dioxide and the non-aqueous electrolyte also causes an increase in the battery internal pressure, which is a cause of leakage and the like. As described above, the reaction starting from the decomposition of the non-aqueous electrolyte causes problems such as deterioration of discharge characteristics and occurrence of liquid leakage, and decreases the reliability of the non-aqueous electrolyte battery. In particular, equipment premised on long-term storage and use requires high reliability for non-aqueous electrolyte batteries even in a severe environment. The adverse effects of the deterioration of the discharge characteristics and the occurrence of liquid leakage may spread to situations such as data loss and device operation stoppage depending on the usage state of the device, and even the reliability of the device may be shaken.

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、非水電解液電池を長期間に亘って使用、保存した場合でも内部抵抗の上昇に起因する放電特性の悪化を抑制し、同時に漏液の発生を抑制した電池を提供することを目的とする。さらに、二酸化マンガンを正極に用いた際でも高い信頼性を有する非水電解液電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and suppresses deterioration of discharge characteristics due to an increase in internal resistance even when a nonaqueous electrolyte battery is used and stored for a long period of time. Another object of the present invention is to provide a battery in which the occurrence of liquid leakage is suppressed. It is another object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte battery having high reliability even when manganese dioxide is used for the positive electrode.

上記目的を達成するために本発明の非水電解液電池は、正極、リチウム金属もしくはリチウム合金を主とする負極、及び非水電解液を備えた非水電解液電池であって、前記正極は二酸化マンガンを主とし、前記非水電解液にサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物を添加してなることを特徴とする。   To achieve the above object, the non-aqueous electrolyte battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode mainly composed of lithium metal or a lithium alloy, and a non-aqueous electrolyte. Manganese dioxide is the main component, and a compound containing an anion composed of a saccharin group or a derivative thereof is added to the non-aqueous electrolyte.

本発明者らは、非水電解液に添加されたサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物が発電要素、特に非水電解液、正極に及ぼす影響を検討した。その結果、当該化合物と発電要素との組み合わせが保存特性の改善に及ぼす因果関係を学術的に解明することはできなかった。然しながら、本発明者らは以下のような知見を得ている。   The present inventors examined the influence of a compound containing an anion composed of a saccharin group or a derivative thereof added to a non-aqueous electrolyte on a power generation element, particularly a non-aqueous electrolyte and a positive electrode. As a result, it has not been possible to elucidate the causal relationship between the combination of the compound and the power generation element on the improvement of storage characteristics. However, the present inventors have obtained the following knowledge.

すなわち、本発明に係る非水電解液電池では、非水電解液に添加されたサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物が二酸化マンガンと反応し、反応生成物が正極(二酸化マンガンの表面)に安定な被膜を形成し、この被膜が内部抵抗の上昇を抑制したものと考察される。より詳細には、この被膜は、サッカリン基、もしくはその誘導体に近い構造を有しており、この被膜が非水電解液の分解に伴う反応生成物が正極表面に析出するのを防止していると推察される。   That is, in the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, a compound containing an anion composed of a saccharin group or a derivative thereof added to the non-aqueous electrolyte reacts with manganese dioxide, and the reaction product is a positive electrode (manganese dioxide surface). It is considered that a stable film was formed and this film suppressed the increase in internal resistance. More specifically, this film has a structure close to a saccharin group or a derivative thereof, and this film prevents reaction products accompanying the decomposition of the non-aqueous electrolyte from being deposited on the surface of the positive electrode. It is guessed.

さらに当該化合物と二酸化マンガンとの反応は、非水電解液と二酸化マンガンとの反応に優先して生じており、これにより後者の反応(非水電解液と二酸化マンガンとの反応)を実質的に抑制していると思われる。前記被膜はその内部へのリチウムの移動を阻害するものでないことから、放電反応においてリチウムは二酸化マンガンへ速やかに挿入され、前記被膜は内部抵抗を上昇させる要因にならないものと結論付けられるものである。   Furthermore, the reaction between the compound and manganese dioxide occurs in preference to the reaction between the non-aqueous electrolyte and manganese dioxide, thereby substantially preventing the latter reaction (reaction between the non-aqueous electrolyte and manganese dioxide). It seems to be suppressing. Since the coating does not inhibit the movement of lithium into the interior, it can be concluded that lithium is quickly inserted into the manganese dioxide in the discharge reaction and that the coating does not increase the internal resistance. .

以上の如く、本発明者らの知見に基づくと、サッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物は正極に被膜を形成し、この被膜が安定的に存在するために長期間の保存、特に電解液と正極との反応が生じやすい高温環境下での長期間保存であっても、前記反応による電解液の分解及びその生成物の発生と析出に伴う内部抵抗の上昇を抑制し、電池の高めるものである。   As described above, based on the knowledge of the present inventors, a compound containing an anion composed of a saccharin group or a derivative thereof forms a film on the positive electrode, and since this film exists stably, it can be stored for a long period of time, particularly in electrolysis. Even when stored for a long time in a high-temperature environment where the reaction between the liquid and the positive electrode is likely to occur, the degradation of the electrolytic solution due to the reaction and the increase in internal resistance accompanying the generation and precipitation of the product are suppressed, and the battery is increased. Is.

またさらに本発明に係る非水電解液電池において、サッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物は非水電解液に対して0.001〜10.0質量%の比率となるよう添加するのが好ましい。この際、0.001質量%よりも少ない場合、当該化合物による正極への被膜形成が不十分になり、被膜による内部抵抗の抑制効果は不十分となる。一方、10.0質量%を上回る場合には、添加による効果、すなわち本発明に係る化合物による正極の被覆効果は看取できるものの、過剰となった被膜がリチウムの移動を妨げ、正極本来の放電反応が阻害されてしまうことから、電池として十分な能力を発揮することができない。またさらに、好ましい比率は0.01〜5.0質量%となる。   Furthermore, in the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, the compound containing an anion comprising a saccharin group or a derivative thereof is added so as to have a ratio of 0.001 to 10.0% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte. preferable. At this time, when the amount is less than 0.001% by mass, film formation on the positive electrode by the compound becomes insufficient, and the effect of suppressing internal resistance by the film becomes insufficient. On the other hand, when the content exceeds 10.0% by mass, the effect of addition, that is, the coating effect of the positive electrode by the compound according to the present invention can be observed, but the excessive film hinders lithium migration and discharge of the positive electrode. Since the reaction is hindered, a sufficient capacity as a battery cannot be exhibited. Furthermore, a preferable ratio will be 0.01-5.0 mass%.

本発明に係る非水電解液電池は、非水電解液に添加されたサッカリン基またはその誘導体をアニオンとする化合物が内部抵抗の上昇抑制に寄与することで、その保存特性を向上させており、その工業的価値は極めて大きいものである。   In the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, a compound having an anion of a saccharin group or a derivative thereof added to the non-aqueous electrolyte contributes to suppression of an increase in internal resistance, thereby improving its storage characteristics. Its industrial value is extremely large.

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

本実施形態に係る非水電解液電池は、円筒形、コイン型といった周知慣用の電池容器に発電要素を収容したものである。発電要素としては負極に軽金属を活物質とする負極材料、すなわちリチウム金属もしくはリチウム合金が用いられ、正極に二酸化マンガンを主とする正極材料が用いられるものである。   The non-aqueous electrolyte battery according to this embodiment is one in which a power generation element is housed in a well-known battery container such as a cylindrical shape or a coin shape. As the power generation element, a negative electrode material using light metal as an active material is used for the negative electrode, that is, lithium metal or a lithium alloy, and a positive electrode material mainly composed of manganese dioxide is used for the positive electrode.

本実施携形態において非水電解液に添加されるサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物としては、表1に示す化合物が例示される。表1において、添加剤Aはサッカリン基に配位するカチオンが水素であるいわゆるサッカリンである。また、添加剤Bはサッカリン基に配位するカチオンがリチウムイオンである化合物である。一方、添加剤Cはサッカリン誘導体として炭素原子数2のアルキル置換基(エチル基)で置換した化合物であり、添加剤Dはサッカリン誘導体として7B族元素であるフッ素で置換した化合物である。尚、これら化合物は、本発明の実施形態の一例を挙げたものであり、サッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物であれば本発明の非水電解液電池に適用されるものである。これらの化合物は単独種を非水電解液に添加する構成に加え、複数の化合物を選択し、非水電解液に添加する構成であっても良い。後者の構成では、添加される複数の化合物が非水電解液に対して全体として0.001〜10.0質量%の比率となるよう添加するのが好ましい。   Examples of the compound containing an anion comprising a saccharin group or a derivative thereof added to the non-aqueous electrolyte in the present embodiment include the compounds shown in Table 1. In Table 1, additive A is a so-called saccharin in which the cation coordinated to the saccharin group is hydrogen. Additive B is a compound in which the cation coordinated to the saccharin group is a lithium ion. On the other hand, additive C is a compound substituted with an alkyl substituent having 2 carbon atoms (ethyl group) as a saccharin derivative, and additive D is a compound substituted with fluorine which is a group 7B element as a saccharin derivative. These compounds are examples of the embodiment of the present invention, and any compound containing an anion composed of a saccharin group or a derivative thereof can be applied to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention. In addition to the configuration in which a single species is added to the non-aqueous electrolyte, these compounds may be configured to select a plurality of compounds and add them to the non-aqueous electrolyte. In the latter configuration, it is preferable to add a plurality of compounds to be added in a ratio of 0.001 to 10.0% by mass with respect to the nonaqueous electrolytic solution as a whole.

Figure 2006286501
Figure 2006286501

一方、本実施形態において正極に適用される二酸化マンガンとしては、電解合成、化学合成等の合成方法により得られる二酸化マンガンを出発材料とし、この材料を焼成したものが用いられる。通常、先に挙げた合成方法によって得られた二酸化マンガンは、γ型の結晶構造を有するγ型二酸化マンガンである。このγ型二酸化マンガンは、焼成処理を施すことによって結晶構造を変化させ、β型の結晶構造を有するβ型二酸化マンガン、あるいはγ型の結晶構造を有する部位とβ型の結晶構造を有する部位が混成したγ型・β型混成二酸化マンガンとされる。そして、これら焼成処理が施された二酸化マンガンが本実施形態に係る正極に適用されるものである。焼成処理における温度条件は、出発材料となるγ型二酸化マンガンの物性に加えて、焼成後における結晶構造等の物性、および焼成時間、焼成量等といった種々の因子によって変動するものであるが、周知、慣用の処理条件に従って決定されるものである。   On the other hand, as manganese dioxide applied to the positive electrode in this embodiment, manganese dioxide obtained by a synthesis method such as electrolytic synthesis or chemical synthesis is used as a starting material, and this material is baked. Usually, the manganese dioxide obtained by the synthesis method mentioned above is γ-type manganese dioxide having a γ-type crystal structure. This γ-type manganese dioxide changes its crystal structure by performing a baking treatment, and β-type manganese dioxide having a β-type crystal structure, or a part having a γ-type crystal structure and a part having a β-type crystal structure. It is considered to be a hybrid γ-type / β-type hybrid manganese dioxide. And the manganese dioxide to which these baking processes were performed is applied to the positive electrode which concerns on this embodiment. The temperature conditions in the firing treatment vary depending on various factors such as the physical properties of the crystal structure after firing, the firing time, the firing amount, etc. in addition to the physical properties of the starting material γ-type manganese dioxide. Are determined according to conventional processing conditions.

また、本発明者らは、非水電解液に添加されるサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物との組み合わせに適した二酸化マンガンについて詳細な検討を行った。その結果、二酸化マンガンと前記の化合物との反応生成物が正極上に被膜を形成した状態において、リチウムの移動を阻害しないような結晶構造を有する二酸化マンガンが好ましいとの知見を得ている。さらに、焼成処理における処理条件と焼成により得られた二
酸化マンガンを用いた非水電解液電池における放電特性との相関関係を検討した結果、本実施形態に係る二酸化マンガンは焼成処理を350℃から450℃の温度範囲とするのが好適であるとの知見を得ている。
In addition, the present inventors have conducted detailed studies on manganese dioxide suitable for combination with a compound containing an anion composed of a saccharin group or a derivative thereof added to a nonaqueous electrolytic solution. As a result, it has been found that manganese dioxide having a crystal structure that does not inhibit lithium migration is preferable in a state where a reaction product of manganese dioxide and the above compound forms a film on the positive electrode. Furthermore, as a result of examining the correlation between the treatment conditions in the firing treatment and the discharge characteristics in the non-aqueous electrolyte battery using manganese dioxide obtained by firing, the manganese dioxide according to this embodiment performs firing treatment from 350 ° C. to 450 ° C. It has been found that a temperature range of ° C. is suitable.

上述した本実施形態に係る二酸化マンガンは、周知、慣用の導電剤、結着剤と混合することで正極材料とされるものである。さらに、本実施形態に係る二酸化マンガンに代えて、当該二酸化マンガンと周知、慣用の非水電解液電池用正極材料、例えば、弗化黒鉛、硫化鉄とを混合した正極材料であっても良く、この場合でも前記の導電剤、結着剤と組み合わされるものである。   The above-described manganese dioxide according to the present embodiment is used as a positive electrode material by mixing with a known and common conductive agent and binder. Furthermore, instead of manganese dioxide according to the present embodiment, the manganese dioxide and a well-known and commonly used positive electrode material for non-aqueous electrolyte batteries, for example, a positive electrode material mixed with graphite fluoride and iron sulfide may be used. Even in this case, the conductive agent and the binder are combined.

一方、負極に適用される負極材料としては、金属リチウム、Li−Al、Li−Si、Li−Sn、Li−NiSi、Li−Pb等のリチウム合金が適用されるものであり、好適には金属リチウムである。リチウム合金などと本発明の添加剤を組み合わせて使用すると、保存時の電池内部抵抗上昇が抑制され、良好な結果が得られる。   On the other hand, as a negative electrode material applied to the negative electrode, lithium alloys such as metallic lithium, Li—Al, Li—Si, Li—Sn, Li—NiSi, Li—Pb are applied, and preferably metal Lithium. When the lithium alloy or the like and the additive of the present invention are used in combination, an increase in battery internal resistance during storage is suppressed, and good results are obtained.

非水電解液を構成する溶質としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiN(CFSO)(CSO)などの単体あるいは複数成分を混合して使用することができる。そして、前記の溶質を溶解する溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ヴィニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、γ−ブチロラクトンなどの単体または複数成分を使用することができるが、これに限定されるものではない。 Solutes constituting the non-aqueous electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) A single component such as (C 4 F 9 SO 2 ) or a mixture of a plurality of components can be used. Examples of the solvent for dissolving the solute include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, and γ-butyrolactone. Alternatively, a plurality of components can be used, but the present invention is not limited to this.

以下、本発明における実施例及び比較例について説明する。本実施例では、図1に示す断面構造を有するコイン型電池を作製し、評価を行っている。尚、本発明は実施例の記載内容に限定されるものでないことは言うまでもない。   Hereinafter, examples and comparative examples in the present invention will be described. In this example, a coin-type battery having the cross-sectional structure shown in FIG. 1 is produced and evaluated. Needless to say, the present invention is not limited to the description of the examples.

(実施例1)
まず、実施例1としてサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物が非水電解液に添加することによる電池特性の影響を検証した。
Example 1
First, as Example 1, the effect of battery characteristics by adding a compound containing an anion composed of a saccharin group or a derivative thereof to a non-aqueous electrolyte was examined.

正極4は400℃で熱処理した二酸化マンガンを活物質として用い、この二酸化マンガンと導電材としての炭素粉末、結着剤としてのフッ素樹脂をそれぞれ80:10:10の質量比で混合し、打錠成形した後、250℃にて乾燥したものである。負極5はリチウム金属からなるものであって、リチウム圧延板を所定の寸法に打ち抜き、これを負極缶2の内面に固定している。   The positive electrode 4 uses manganese dioxide heat-treated at 400 ° C. as an active material, and this manganese dioxide, carbon powder as a conductive material, and fluororesin as a binder are mixed at a mass ratio of 80:10:10, respectively, and tableting is performed. After molding, it is dried at 250 ° C. The negative electrode 5 is made of lithium metal, and a lithium rolled plate is punched into a predetermined size and fixed to the inner surface of the negative electrode can 2.

一方、非水電解液には、プロピレンカーボネートとジメトキシエタンを50:50の体積比で混合した溶媒に、LiClOを1.0モル/リットルの割合で溶解したものを用いた。本実施例では、本発明に係る電池として、本発明の実施形態を例示した表1に記載の化合物A〜化合物Dを添加剤として選択しており、前記非水電解液に各々0.1質量%の割合で加えている。また、上記のように作製された本発明に係る電池A〜Dを作製し、併せて添加剤を含まない電池を作製し、これを比較電池1とした。これら電池を用い、各電池を70℃の恒温槽中で1ヶ月間保存し、保存前後の電池内部抵抗(交流1kHz法)を比較した。この結果を表2に示す。 On the other hand, as the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiClO 4 at a ratio of 1.0 mol / liter in a solvent in which propylene carbonate and dimethoxyethane were mixed at a volume ratio of 50:50 was used. In this example, as the battery according to the present invention, the compounds A to D shown in Table 1 exemplifying the embodiment of the present invention were selected as additives, and 0.1 mass each for the non-aqueous electrolyte solution. % Is added. Further, the batteries A to D according to the present invention produced as described above were produced, and a battery containing no additive was produced. Using these batteries, each battery was stored in a thermostat at 70 ° C. for one month, and the battery internal resistance before and after storage (AC 1 kHz method) was compared. The results are shown in Table 2.

Figure 2006286501
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保存前の状態において、本発明に係る添加剤を含む電解液を用いた電池A〜Dは何れも比較電池1に比べて内部抵抗の値が高い状態になっている。特に、電池Cは比較電池1に対して約30%程度高い値を示している。本発明者らは、本実施例の検討先立ち内部抵抗についての検討を行っており、14.0Ω以下の値であれば実用上の問題が生じないことを確認している。一方、保存後については、表2から明らかなように、本発明に係る電池A〜Dは、サッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物が未添加の比較電池1に比べ、保存後の電池内部抵抗の上昇が抑制されており、本発明による効果が看取できるものである。また、本実施例の電池A〜Dでは、化合物Cを添加した電池Cは、保存前と保存後での内部抵抗上昇の値が最小であり、最も良好な結果を示している。この結果から、化合物Cが本実施例の構成では最も効果的な添加剤であると言える。   In the state before storage, all of the batteries A to D using the electrolytic solution containing the additive according to the present invention have a higher internal resistance value than the comparative battery 1. In particular, the battery C is about 30% higher than the comparative battery 1. The present inventors have examined the internal resistance prior to the examination of this example, and confirmed that there is no practical problem if the value is 14.0Ω or less. On the other hand, after storage, as is clear from Table 2, the batteries A to D according to the present invention are batteries after storage compared to the comparative battery 1 to which a compound containing an anion comprising a saccharin group or a derivative thereof is not added. The increase in internal resistance is suppressed, and the effect of the present invention can be observed. In addition, in the batteries A to D of this example, the battery C to which the compound C was added had the smallest value of increase in internal resistance before and after storage, indicating the best results. From this result, it can be said that Compound C is the most effective additive in the configuration of this example.

(実施例2)
次に、実施例2として非水電解液への化合物の添加量に関する影響を検討した。実施例2では、実施例1において保存前後の内部抵抗が最も小さかった電池Dで検討を行った。電池Dにおける化合物Dの添加量を0.0005〜15.0質量%の範囲で添加比率を変動させた電池を作製した。さらに実施例1と同様に、各電池を70℃の恒温槽中で1ヶ月間保存し、保存前後の電池内部抵抗(交流1kHz法)を比較した。この結果を表3に示す。
(Example 2)
Next, as Example 2, the influence on the amount of compound added to the non-aqueous electrolyte was examined. In Example 2, the battery D having the smallest internal resistance before and after storage in Example 1 was examined. A battery was produced in which the addition ratio of compound D in battery D was varied in the range of 0.0005 to 15.0 mass%. Furthermore, as in Example 1, each battery was stored in a constant temperature bath at 70 ° C. for one month, and the battery internal resistance before and after storage (AC 1 kHz method) was compared. The results are shown in Table 3.

Figure 2006286501
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表3から明らかなように、本発明に係るサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物の添加剤を加えた電池の場合、何れの添加比率においても比較電池1に比べて保存時の電池内部抵抗上昇が抑制されている。然し乍、0.001質量%未満の場合には、化合物の添加による効果は小さく、過酷な環境下では内部抵抗の上昇による悪影響が懸念されるものである。また、10.0質量%以上の場合には、添加量が増加しているにも拘わらず内部抵抗の上昇を招いている。この現象は、化合物と正極との反応生成物が過剰な状態になり、過剰となった被膜が内部抵抗の上昇を引き起こしていると推察される。従って、実施例2の結果から、添加物Dの添加比率は0.001〜10.0質量%の範囲とするのが好ましく、更に0.01〜5.0質量%の範囲にある時、最も良好な結果を示したものである。   As is clear from Table 3, in the case of the battery to which the additive of the compound containing an anion composed of the saccharin group or its derivative according to the present invention was added, the inside of the battery during storage compared to the comparative battery 1 at any addition ratio Resistance rise is suppressed. However, when the amount is less than 0.001% by mass, the effect of the addition of the compound is small, and an adverse effect due to an increase in internal resistance is concerned in a severe environment. Moreover, in the case of 10.0 mass% or more, although the addition amount is increasing, the increase in internal resistance is caused. This phenomenon is presumed that the reaction product between the compound and the positive electrode is in an excessive state, and the excessive film causes an increase in internal resistance. Therefore, from the results of Example 2, the addition ratio of the additive D is preferably in the range of 0.001 to 10.0% by mass, and most preferably in the range of 0.01 to 5.0% by mass. Good results are shown.

尚、本発明者らは表1に示す添加剤についても実施例2と同様に内部抵抗の観点から添加比率に関する検討を行っており、好ましい添加比率が0.001〜10.0質量%の範囲にあり、更に最適な添加比率が0.01〜5.0質量%の範囲にあることを確認している。   In addition, the inventors have also studied the addition ratio from the viewpoint of internal resistance in the same manner as in Example 2 for the additives shown in Table 1, and the preferable addition ratio is in the range of 0.001 to 10.0 mass%. It is confirmed that the optimum addition ratio is in the range of 0.01 to 5.0 mass%.

以上のように本実施例では、本発明の添加剤を非水電解液に添加したコイン型電池のみについて検討を行った。然し乍、本発明は電池の形状に関係なく、その効果を発揮することができ、円筒形や角形といった様々な形状を有する電池に適用可能なものである。   As described above, in this example, only the coin type battery in which the additive of the present invention was added to the non-aqueous electrolyte was examined. However, the present invention can exert its effect regardless of the shape of the battery, and can be applied to batteries having various shapes such as a cylindrical shape and a square shape.

本発明は、非水電解液にサッカリン基またはその誘導体をアニオンとする化合物を添加することで内部抵抗の上昇を抑制し、非水電解液電池の保存特性を向上させるものである。特に正極に二酸化マンガンを用いた非水電解液電池に好適であり、当該電池を過酷な環境で使用する際でも高い信頼性を提供するものである。   The present invention suppresses an increase in internal resistance by adding a compound having a saccharin group or a derivative thereof as an anion to a non-aqueous electrolyte, and improves the storage characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. In particular, it is suitable for a non-aqueous electrolyte battery using manganese dioxide for the positive electrode, and provides high reliability even when the battery is used in a harsh environment.

本実施例におけるコイン型電池の断面図Sectional view of the coin-type battery in this example

符号の説明Explanation of symbols

1 正極缶
2 負極缶
3 ガスケット
4 正極
5 負極
6 セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode can 2 Negative electrode can 3 Gasket 4 Positive electrode 5 Negative electrode 6 Separator

Claims (6)

正極、リチウム金属もしくはリチウム合金を主とする負極、及び非水電解液を備えた非水電解液電池であって、前記正極は二酸化マンガンを主としてなり、前記非水電解液にサッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物が添加されてなることを特徴とする非水電解液電池。 A non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode mainly composed of lithium metal or a lithium alloy, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode is mainly composed of manganese dioxide, and the saccharin group or a derivative thereof is added to the non-aqueous electrolyte. A non-aqueous electrolyte battery characterized in that a compound containing an anion is added. サッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物は、カチオンを水素イオン、アルカリ金属、もしくはアルカリ土類金属イオンとする請求項1記載の非水電解液電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the compound containing an anion comprising a saccharin group or a derivative thereof uses a cation as a hydrogen ion, an alkali metal, or an alkaline earth metal ion. サッカリン基の誘導体からなるアニオンは、オルト位、パラ位にR(Rは炭素原子数1〜3のアルキル置換基)、もしくは7B族元素(Cl、F、Br、I)の少なくとも一種を含む請求項2記載の非水電解液電池。 An anion comprising a derivative of a saccharin group includes at least one of R (R is an alkyl substituent having 1 to 3 carbon atoms) or a 7B group element (Cl, F, Br, I) in the ortho position and the para position. Item 3. The nonaqueous electrolyte battery according to Item 2. サッカリン基またはその誘導体からなるアニオンを含む化合物が、非水電解液量に対して0.001〜5.0質量%の比率で添加される請求項1〜3の何れか記載の非水電解液電池。 The nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound containing an anion comprising a saccharin group or a derivative thereof is added at a ratio of 0.001 to 5.0 mass% with respect to the amount of the nonaqueous electrolytic solution. battery. 非水電解液を構成する有機溶媒として、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、及びγ−ブチルラクトンの少なくとも1種を含む請求項1記載の非水電解液電池。 The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, comprising at least one of propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, and γ-butyl lactone as an organic solvent constituting the non-aqueous electrolyte. 請求項1記載の非水電解液電池であって、二酸化マンガンが350℃から450℃の範囲で焼成されてなることを特徴とする非水電解液電池。 2. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein manganese dioxide is baked in a range of 350 ° C. to 450 ° C. 3.
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