JP2007294323A

JP2007294323A - 非水電解質電池の製造方法

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Publication number: JP2007294323A
Application number: JP2006122712A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Fujii; 明博藤井; Yoshinobu Yasunaga; 好伸安永; Tokuo Inamasu; 徳雄稲益; Toshiyuki Onda; 敏之温田
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-26
Also published as: JP5070731B2

Abstract

【課題】リン酸鉄リチウムを用いた電池の、８０℃での高温保存時の正極自己放電率が小さく、かつ、エネルギー保持特性に優れた非水電解質電池の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】リン酸鉄リチウム及びゴム系ポリマーを含有している正極と、負極と、ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用いて非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法である。
また、本発明の製造方法は、前記非水電解質は、Ｎ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_２）⁻アニオン（ｎ、ｍは１〜４の整数）を含有していることを特徴としている。
【選択図】なし

Description

本発明は、リン酸鉄リチウムを正極に用いた非水電解質電池の製造方法に関する。

近年、携帯電話、ノートパソコン等の携帯機器類用、電気自動車用などの電源として、エネルギー密度が高く、サイクル特性の良好な非水電解質電池が注目されている。このような非水電解質電池の中で、現在最も広く市場に出回っているのがリチウム二次電池である。市場に出回っているリチウム二次電池の主流は、２Ａｈ以下の携帯電話用を中心とした小型民生用である。現在、リチウム二次電池用の正極活物質としては数多くのものが存在するが、最も一般的に知られているのは、作動電圧が４Ｖ付近のリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）やリチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）、あるいはスピネル構造を持つリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）等を基本構成とするリチウム含有遷移金属酸化物である。中でもリチウムコバルト酸化物は、電池容量２Ａｈ以下の小容量リチウム二次電池では、充放電特性とエネルギー密度に優れることから正極活物質として広く採用されている。

しかしながら、今後の中型・大型、特に大きな需要が見込まれる産業用途への展開を考えた場合、電池の安全性が非常に重要視されるため、現在の小型電池の仕様をさらに厳しく再検討する必要がある。産業用途では８０℃以上といった小型民生用では考えられないような高温環境において使用されることも想定される。このような高温環境下では、非水電解質電池のみならずニッケル−カドミ電池や鉛電池であっても非常に短寿命となり、いずれの電池系においても課題が存在する。また、キャパシターは、唯一この温度領域で使用できる電気化学デバイスであるが、エネルギー密度が小さいといった問題がある。このように、高温においても長寿命でエネルギー密度の高い電池が求められていた。

最近、熱的安定性が優れるオリビン構造を有するリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）が注目を集めている。このオリビン構造を有するＬｉＦｅＰＯ_４は、リンと酸素が共有結合しているため、高温においても酸素を放出することが無く、正極活物質として使用することで電池の安全性を飛躍的に高めることができると期待される。さらに、Ｌｉイオンの吸蔵・放出が３．４Ｖ付近で行われることから、正極で生じる副反応量を抑えることができると考えられ、電池の長寿命化が期待できる。

ＬｉＣｏＯ_２等の４Ｖ級正極活物質を用いた非水電解質電池においては、非水電解質中の電解質塩としてＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２を単独で用いると、充電条件によっては、正極の貴な電位のため、正極集電体に用いるアルミニウムが腐食することが知られている。また、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等のイミド塩をＬｉＰＦ_６等のルイス酸複塩構造を有する塩と併用することで、電池の自己放電を抑制できることについても知られている（例えば特許文献１）。

また、非水電解質がビニレンカーボネートを含有することで、グラファイトを負極活物質として用いた電池の保存性能を向上できることにが知られている（例えば特許文献２）。しかしながら、非水電解質中のビニレンカーボネートの存在が、ＬｉＦｅＰＯ_４を正極活物質に用いた電池の正極自己放電率やエネルギー保持特性に与える影響についてはこれまで全く知られていない。

特許文献３には、正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ_４を用い、ゴム系ポリマーであるスチレン・ブタジエン系共重合体の水分散体を用いて正極用電極を作成した実施例が記載されている（実施例４参照）。しかしながら、正極がゴム系ポリマーを含有し、且つ、ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用いることで、さらに好ましくは、非水電解質がＮ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_２）⁻アニオン（ｎ、ｍは１〜４の整数）をさらに含有することで、高温保存時の正極自己放電が小さく、且つ、エネルギー保持特性に優れた非水電解質電池とすることができることについては記載されていない。
特許第３０１６４４７号公報特許第３０５９８３２号公報特開２００５−６３８２５号公報

本発明は、８０℃での高温保存時の正極自己放電率が小さく、かつ、エネルギー保持特性に優れた非水電解質電池の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、リン酸鉄リチウム及びゴム系ポリマーを含有している正極と、負極と、ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用いて非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法である。
また、本発明の製造方法は、前記非水電解質は、Ｎ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_２）⁻アニオン（ｎ、ｍは１〜４の整数）を含有していることを特徴としている。

ここで、リン酸鉄リチウムとは、一般式ＬｉＦｅ_１−ｙＭ_ｙＰＯ_４（０≦ｙ＜０．１、ＭはＡｌ、Ｍｇ及びＮｂからなる群より選ばれた一種以上の元素）で表される化合物に代表されるものである。

スチレンブタジエンゴム等は水系のバインダーであるため、従来、ＬｉＣｏＯ_２等のリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質と組み合わせて使われることはなかった。これは、ＬｉＣｏＯ_２等を水と接触させると結晶構造中のＬｉが脱離してしまうためである。一方、ＬｉＦｅＰＯ_４は充放電に伴う結晶の伸縮率が約８％であり、この値は、ＬｉＣｏＯ_２の同伸縮率が約３％であることに比べて極めて大きい。このため、正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ_４を用いる正極のバインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のビニル系のバインダーを使用した場合、４０℃以上の環境下、とりわけ８０℃以上の高温環境下では、バインダーの軟化やそれに伴う膨張などにより、正極における物理的形状が維持できないか、或いは活物質と導電剤との接触点が失われるといった現象により、正極の電気化学的特性を維持することが難しくなると考えられる。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のビニル系のバインダーを使用しても、正極活物質がＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等の、材料自体がある程度の伝導性を有するものである場合は、高率充放電特性がある程度低下するものの、低率充放電であれば高温保存を行っても、ほぼ同等のエネルギーを得ることが可能であるが、本発明電池に用いるリン酸鉄リチウムは、それ自身の伝導性が非常に乏しいために、導電剤との接点が失われると、低率充放電であっても十分なエネルギーを確保できなくなる。そのため、バインダーの物理的な高温耐性は重要であり、スチレンブタジエンゴム等の高温物理耐性のあるゴム系のポリマーをバインダーとして用いることで、軟化・膨張を防ぎ、導電剤との接触点を８０℃の高温環境下に置く前と同等のレベルに維持することが可能となり、正極においてゴム系ポリマーを併用することで、本発明の効果が顕著に発揮される。

ゴム系ポリマーとしては、特に限定されるものではないが、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ），スルホン化ＥＰＤＭ，スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はフッ素ゴムが好ましく、なかでも、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）が好ましい。スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いる場合、吸水性高分子であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を併用することが好ましい。

負極にグラファイトなどの炭素材料を用いた電池では、ビニレンカーボネートを添加することで保存特性が改善されることがよく知られている。これは、ビニレンカーボネートが負極付近で還元分解され、負極表面上に良好な副反応を抑制する被膜を形成するためである。ところが、本発明者らは正極活物質として上記のリン酸鉄リチウムを用いた電池にビニレンカーボネートを添加した場合、高温保存時に負極だけでなく、驚くべきことに正極の自己放電を抑制する効果があることを見いだし、本発明に至った。この効果の作用機構についてはよく分かっていないが、高温環境下において、正極場での溶媒や支持塩の酸化分解をビニレンカーボネートが何らかの形で阻害しているものと考えられる。従って、リン酸鉄リチウムを正極に用いた電池にビニレンカーボネートを添加することで、これまでの電池系では見られないほど電池の自己放電量を顕著に抑えることが可能である。この様にリン酸鉄リチウムを正極に用いた電池に非水溶媒としてビニレンカーボネートを添加することで高温保存時に自己放電が少なく、かつ良好なエネルギー保持特性を有する電池とすることが可能となる。

リン酸鉄リチウムを正極に用いる本発明電池の製造方法において、非水電解質が含有するビニレンカーボネートの量は、ＬｉＣｏＯ_２等の４Ｖ級正極活物質を用いる電池における考え方とは異なる。４Ｖ級正極活物質を用いる電池においては、正極場でビニレンカーボネートが分解、消費されるため、ビニレンカーボネートの含有量が多すぎると電池性能が低下してしまうが、リン酸鉄リチウムを正極に用いる本発明電池では、そのような虞はほとんどなく、ビニレンカーボネートを比較的多く含有させることができる。本発明電池の製造方法において、非水電解質中に含有させるビニレンカーボネートの割合は、非水電解質を構成する非水溶媒の全質量に対して０．５質量％以上とすることが好ましい。ビニレンカーボネートは、周知のように、負極にグラファイト等の炭素材料を用いた場合には、負極側で消費されるため、電池の製造工程中に行う初期活性化工程を経て完成した電池の非水電解質中のビニレンカーボネートの含有比率は、通常、注液時の比率よりも減少している。

リン酸鉄リチウムを正極に用いた非水電解質電池では、正極作動電位が比較的卑であるので、非水電解質中の電解質塩にイミド塩を用いてもアルミニウムが腐食する虞がないことや、イミド塩を用いることで電池の自己放電が抑制できることについては公知文献から予測容易であり、また実験事実もその通りである。しかしながら、本発明者らの検討によれば、非水電解質がビニレンカーボネートを含有しない場合には、イミド塩を用いると、電池の自己放電率は抑制されるものの、正極自己放電率については逆に大きくなることがあることがわかった。

ところが、ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用いると、実に驚くべきことに、非水電解質にイミド塩を用いることにより、非水電解質にイミド塩を用いない場合に比べ、正極自己放電率が逆に抑制されることがわかった。即ち、非水電解質が、ビニレンカーボネートと、Ｎ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_２）⁻アニオン（ｎ、ｍは１〜４の整数）とを含有するものとした場合に、正極自己放電抑制効果が相乗的に発現することを見出した。この作用機構については必ずしも明らかではないが、イミドアニオン自体の正極での酸化分解やリチウムイミド塩による正極集電体の腐食がビニレンカーボネートと共存させることで顕著に抑制されているものと推察される。

非水電解質が、Ｎ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_２）⁻アニオン（ｎ、ｍは１〜４の整数）を含有するものとするためには、通常「イミド塩」と呼ばれるリチウム塩を電解質塩として用いることで達成できる。前記「イミド塩」としては、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）が好ましい。非水電解質に用いる電解質塩として、上記「イミド塩」の他に、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４等の無機塩を併用できる。これらの無機塩を併用する場合、「イミド塩」の混合比を２０モル％以上とすることが好ましい。

本発明によれば、高温保存時の正極自己放電が小さく、かつ、エネルギー保持特性に優れた非水電解質電池を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を例示するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

非水電解質は、非水溶媒に電解質塩が溶解しているものを使用でき、一般にリチウム電池等への使用が提案されているものが好適に使用可能である。非水溶媒としては、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、クロロエチレンカーボネート、等の環状炭酸エステル類；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類；テトラヒドロフランまたはその誘導体；１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，４−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類；アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類；ジオキソランまたはその誘導体；エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら２種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

但し、本発明に於いては、８０℃の高温保存に於いて顕著な効果を発揮することを特徴とするものである観点から、非水溶媒中に低沸点成分が多く含まれていると、保存中に溶媒の蒸気圧による電池膨れを誘発する虞がある。この様な事態を防ぐために、非水溶媒中にビニレンカーボネートよりも沸点の高い溶媒を３０％以上含ませることが好ましい。ビニレンカーボネートよりも沸点の高い溶媒としては、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、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられる。

非水電解質中の電解質塩の濃度は、高い電池特性を有する非水電解質電池を確実に得るために、０．５ｍｏｌ／ｌ〜５ｍｏｌ／ｌが好ましく、さらに好ましくは、１ｍｏｌ／ｌ〜２．５ｍｏｌ／ｌである。

本発明電池の負極は、何ら限定されるものではなく、リチウム金属、リチウム合金（リチウム―アルミニウム、リチウム―鉛、リチウム―錫、リチウム―アルミニウム―錫、リチウム―ガリウム、およびウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えばグラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物等が挙げられる。これらの中でもグラファイトは、金属リチウムに極めて近い作動電位を有し、高い作動電圧での充放電を実現できるため負極材料として好ましい。例えば、人造黒鉛、天然黒鉛が好ましい。特に，負極活物質粒子表面を不定形炭素等で修飾してあるグラファイトは、充電中のガス発生が少ないことから望ましい。また、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２は電解質塩としてリチウム塩を採用した場合に自己放電を少なくでき、かつ充放電における不可逆容量を少なくできるので、負極材料として好ましい。

正極及び負極には、必要に応じて、周知の導電剤、フィラー、集電体を周知の処方で用いることができる。

本発明電池に用いるセパレータとしては、特に限定されるものではなく、周知の材料を周知の手法で用いることができる。

以下に、実施例並びに比較例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の記載により限定されるものではない。

（実施例１）
（ＬｉＦｅＰＯ_４の作製）
シュウ酸鉄二水和物（ＦｅＣ_２Ｏ_４・２Ｈ_２Ｏ）とリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）と炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）とをモル比が２：２：１になるように計り取り、混合した。その後、窒素雰囲気下においてアルコールを溶媒としてボールミルで２時間湿式粉砕混合を行うことで前駆体を得た。

得られた前駆体をアルミナ製の匣鉢に入れ、雰囲気置換式焼成炉にて、窒素流通下（２．０ｌ／ｍｉｎ）で７００℃、５時間焼成してＬｉＦｅＰＯ_４の粉末を合成した。

得られたＬｉＦｅＰＯ_４にポリビニルアルコール（分子量約１５００）を質量比が１：１になるように乾式混合し、この混合物をアルミナ製の匣鉢に入れ、環状焼成炉にて窒素流通下（２．０ｌ／ｍｉｎ）で７００℃、２時間熱処理することでＬｉＦｅＰＯ_４に対してカーボンコート処理を行った。このようにしてリン酸鉄リチウム正極活物質を得た。

（正極の作製）
前記リン酸鉄リチウム正極活物質、導電材としてのアセチレンブラック及びＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース、第一工業製薬社製、品番：セロゲンＢＳＨ−１２）を８４：８：４の質量比で計り取り、乾式混合した後、水を加えて十分混練し、適度な粘性を有するペーストとした。次に、水を分散媒とするＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム、ＪＳＲ社製、品番：Ｓ０１１０１）を加え、さらに混練した。ここで、ＳＢＲの添加量は、固体換算で前記ＣＭＣと同質量とした。このようにして、前記リン酸鉄リチウム正極活物質、アセチレンブラック、ＳＢＲ及びＣＭＣを質量比８４：８：４：４の割合で含有している正極ペーストを得た。前記正極ペーストを厚さ２０μｍのアルミニウム箔集電体上に塗布し、乾燥した後、活物質層の残存空間率が３５％になるようにプレス加工を行い、正極とし、正極端子を取り付けた。

（負極の作製）
負極活物質としての人造黒鉛（平均粒径６μｍ、エックス線回折分析による面間隔（ｄ_００２）０．３３７ｎｍ、ｃ軸方向の結晶の大きさ（Ｌｃ）５５ｎｍ）及びＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース第一工業製薬社製、品番：セロゲンＢＳＨ−１２）を９４：３の質量比で計り取り、乾式混合した後、水を加えて十分混練し、適度な粘性を有するペーストとした。次に、水を分散媒とするＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム、ＪＳＲ社製、品番：Ｓ０１１０１）を加え、さらに混練した。ここで、ＳＢＲの添加量は、固体換算で前記ＣＭＣと同質量とした。このようにして、人造黒鉛、ＳＢＲ及びＣＭＣを質量比９４：３：３の割合で含有している負極ペーストを得た。前記負極ペーストを厚さ１５μｍの銅箔集電体上に塗布し、乾燥した後、プレス加工を行い、負極とし、負極端子を取り付けた。

（非水電解質の調製）
エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びビニレンカーボネート（ＶＣ）を質量比３．２：３．２：３．１：０．５の割合で混合した混合溶媒に電解質塩としてＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させ、非水電解質を調整した。前記非水電解質中の水分量は３０ｐｐｍ未満とした。

（極群の構成及び非水電解質の適用）
以下の操作は、露点が−４０℃以下の乾燥雰囲気下において行った。乾燥した前記正極及び前記負極各１枚を厚さ２０μｍポリプロピレン製セパレータを介して対向させ、極群を構成した。外装体として、ポリエチレンテレフタレート（１５μｍ）／アルミニウム箔（５０μｍ）／金属接着性ポリプロピレンフィルム（５０μｍ）からなるラミネートフィルムを用い、前記極群を前記正極端子及び負極端子の開放端部が外部露出するように注液孔となる部分を除いて気密封止した。前記注液孔から前記非水電解質を一定量注液することにより、前記極群に非水電解質を適用した。次いで、減圧状態で前記注液孔部分を熱封口した。このようにして、初期活性化工程前の状態の非水電解質電池を組み立てた。

（実施例２〜３、比較例１〜６）
電解質塩の種類、ビニレンカーボネートの有無又は正極に用いるポリマーの種類について、表１に示すとおりに処方を適宜変更して非水電解質電池を組み立てた。

即ち、実施例２においては、非水電解質の調製の調製において、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２に代えてＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２を用いたことを除いては実施例１と同様とし、実施例３においては、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２に代えてＬｉＰＦ_６を用いたことを除いては実施例１と同様とした。

比較例１〜３及び比較例６においては、ビニレンカーボネートを含有していない非水電解質を用いた。即ち、非水電解質の調整において、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びメチルエチルカーボネートを質量比３．４：３．３：３．３の割合で混合した混合溶媒を用いた。なお、電解質塩については表１記載の通りのものを表１記載の濃度で用いた。表１において、「ＴＦＳＩ」はＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２を表し、「Ｂｅｔｉ」はＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２を表している。

比較例４においては、正極に用いるポリマーをＳＢＲ＋ＣＭＣに代えてＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）とした。非水電解質については実施例１と同一である。比較例４における正極の作製処方は次の通りである。

周知の処方により、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を分散媒とし、前記リン酸鉄リチウム正極活物質、アセチレンブラック及びＰＶｄＦを８４：８：８の質量比で含有している正極ペーストを作製し、厚さ２０μｍのアルミニウム箔集電体上の両面に塗布し、乾燥した後、活物質層の残存空間率が３５％になるようにプレス加工を行い、正極とし、正極端子を取り付けた。

比較例５及び比較例６においては、一般的なＬｉＣｏＯ_２電極を正極に用いた。非水電解質については実施例３及び比較例３とそれぞれ同一である。比較例５及び比較例６における正極の作製処方は次の通りである。

周知の処方により、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を分散媒とし、ＬｉＣｏＯ_２、アセチレンブラック及びＰＶｄＦを８４：８：８の質量比で含有している正極ペーストを作製し、厚さ２０μｍのアルミニウム箔集電体上の両面に塗布し、乾燥した後、活物質層の残存空間率が３５％になるようにプレス加工を行い、正極とし、正極端子を取り付けた。

（初期活性化工程）
実施例１〜３及び比較例１〜６にて組み立てた電池に対し、各電池に対して初期充放電を５サイクル行うことからなる初期活性化工程に供した。初期活性化工程における充電条件は、電流０．１ＩｔｍＡ（約１０時間率）、１５時間の定電流定電圧充電とし、放電条件は、電流０．１ＩｔｍＡ（約１０時間率）の定電流放電とした。充電設定電圧は、実施例１〜３及び比較例１〜４の電池に対しては３．７Ｖとし、比較電池５〜６の電池に対しては４．２Ｖとした、また、放電終止電圧は、実施例１〜３及び比較例１〜４の電池に対しては２．０Ｖとし、比較電池５〜６の電池に対しては３．０Ｖとした。この工程における５サイクル目の放電を便宜上「初期放電」と命名し、容量を「初期放電容量（ｍＡｈ）」として記録した。

以上の工程を経て、非水電解質電池を作製した。

（高温保存試験）
実施例１〜３及び比較例１〜６のそれぞれの電池に対し、前記初期活性化工程における充電条件と同一の条件を採用して充電末状態とし、８０℃の恒温槽中で１４日間静置した。恒温槽から電池を取り出し、温度２０℃において、前記初期活性化工程における放電条件と同一の条件を採用して定電流で放電を行った。このときの放電を便宜上「保存後放電」と命名し、このときの放電容量を「保存後放電容量（ｍＡｈ）」として記録した。次に、前記初期活性化工程における充電条件と同一の条件を採用して充電を行い、さらに、前記初期活性化工程における放電条件と同一の条件を採用して定電流で放電を行った。このときの放電を便宜上「回復放電」と命名し、このときの放電容量を「回復放電容量（ｍＡｈ）」として記録した。

（エネルギー保持率）
高温保存試験の結果を基に、各電池について次の算出式に従い「エネルギー保持率（％）」を算出した。
エネルギー保持率（％）＝回復放電時のエネルギー（Ｗｈ）／初期放電時のエネルギー（Ｗｈ）×１００

（電池の自己放電率）
同じく、高温保存試験の結果を基に、各電池について次の算出式に従い「電池の自己放電率（％）」を算出した。
電池の自己放電率（％）＝（初期放電容量−保存後放電容量）／初期放電容量×１００

（正極自己放電率）
さらに、高温保存試験の結果を基に、各電池について次の算出式に従い「正極自己放電率（％）」を算出した。なお、本願明細書にいう「正極自己放電率」は、下記定義から、自己放電量のうちの保存後の充電によって回復する量の初期放電容量に占める割合を表しているから、「可逆的保存後容量低下率」と換言可能である。
正極自己放電率（％）＝｛（初期放電容量−保存後放電容量）−（初期放電容量−回復放電容量）｝／初期放電容量×１００

表１に本発明電池１〜３及び比較電池１〜６の「エネルギー保持率（％）」と「電池の自己放電率（％）」及び「正極自己放電率（％）」を示す。

（電池の保存特性とビニレンカーボネート）
ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用いた本発明電池１〜３は、ビニレンカーボネートを含有しないことを除いてはそれぞれ同じ組成の非水電解質を用いた比較電池１〜３に比べて、非水電解質電池のエネルギー保持率、及び、正極自己放電率が改善されている。特に電解質塩として「イミド塩」を用いている電池についてみると、ビニレンカーボネートを含有しない非水電解質を用いた比較例１、２における正極自己放電率が大きいのに対し、ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用いた実施例１，２の正極自己放電率が顕著に向上し、且つ、高いエネルギー保持率を兼ね備えたものとなっている。推察ではあるが、このことは、これまでよく知られているような、グラファイトなどの炭素材料を用いた負極に対するビニレンカーボネートの添加効果だけではなく、本発明の様に正極活物質としてリン酸鉄リチウムを用い、非水電解液の支持塩にリチウムイミド塩を用いた電池にビニレンカーボネートを添加した場合、リチウムイミド塩自体の正極での酸化分解やリチウムイミド塩による正極集電体の腐食がビニレンカーボネートと共存させることで何らかの形で抑制されているものと考えられる。

また、比較電池５、６を見ると分かるように、正極活物質としてＬｉＣｏＯ_２を用いた電池ではビニレンカーボネートを添加しても正極自己放電率に改善効果が見られない。これは、充電末でのＬｉＣｏＯ_２の電位がビニレンカーボネートの酸化分解電位を越えているために、負極の被膜形成で消費されなかったビニレンカーボネートが保存中に正極で酸化分解され、逆に正極自己放電を促進させる結果となっているためと考えられる。

（電池の保存特性とバインダー）
本発明電池１と比較電池４とを比較するとわかるように、バインダーにゴム系ポリマーを用いることで、高温保存後のエネルギー保持率と正極自己放電率が共に向上している。これは高温環境下で生じる正極の抵抗増加が劇的に抑制されていることに起因していると推察される。バインダーの軟化やそれに伴う膨張を抑えることで、活物質と導電剤との接触点が失われることが無く、正極の電気化学的特性を維持できることが証明された。従って、バインダーにゴム系ポリマーを使用することは、正極自己放電率とエネルギー保持特性の改善に大きく寄与している。

本発明は、コンシューマ用途はもちろんのこと、今後用途拡大が見込まれる産業用途の非水電解質電池への利用可能性が特に大きい。

Claims

リン酸鉄リチウム及びゴム系ポリマーを含有している正極と、負極と、ビニレンカーボネートを含有する非水電解質を用いて非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法。
前記非水電解質は、Ｎ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_２）⁻アニオン（ｎ、ｍは１〜４の整数）を含有している請求項１記載の非水電解質電池の製造方法。