JP2010182685A - リチウム二次電池及びリチウム二次電池充放電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極、人造黒鉛もしくは天然黒鉛からなる負極、および非水溶媒に電解質が溶解されている非水電解液からなり、非水電解液中に、0.1〜20重量%のベンゼン環にハロゲン原子が結合しているシクロヘキシルベンゼンが含有されているリチウム二次電池は、優れた電気容量とサイクル特性を示す。
【選択図】なし
Description
しかしながら、電池のサイクル特性および電気容量などの電池特性について、さらに優れた特性を有する二次電池が求められている。
特許文献2には、リチウム二次電池の非水電解液にフルオロベンゼンなどのフッ素含有芳香族化合物を少量添加すると、電池のサイクル特性が向上する旨の記載がある。
本発明で用いるベンゼン環にハロゲン原子が結合しているシクロヘキシルベンゼンは、下記一般式(I):
上記シクロヘキシル−ハロゲノベンゼンの具体例としては、1−フルオロ−2−シクロヘキシルベンゼン、1−フルオロ−3−シクロヘキシルベンゼン、1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼン、1−クロロ−4−シクロヘキシルベンゼン、1−ブロモ−4−シクロヘキシルベンゼン、1−ヨード−4−シクロヘキシルベンゼンなどが挙げられる。
非水電解液中に含有されるシクロヘキシル−ハロゲノベンゼンの含有量は、過度に多いと電池性能が低下することがあり、また、過度に少ないと期待した十分な電池性能が得られない。したがって、その含有量は非水電解液の重量に対して0.1〜20重量%、好ましく0.2〜10重量%、特に好ましくは0.5〜5重量%の範囲がサイクル特性が向上するのでよい。
〔非水電解液の調製〕
EC:DEC(容量比)=3:7の非水溶媒を調製し、これにLiPF6を1Mの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した後、さらに1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して2.0重量%となるように加えた。
LiCoO2(正極活物質)を80重量%、アセチレンブラック(導電剤)を10重量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を10重量%の割合で混合し、これに1−メチル−2−ピロリドン溶剤を加えて混合したものをアルミニウム箔上に塗布し、乾燥、加圧成型、加熱処理して正極を調製した。人造黒鉛(負極活物質)を90重量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を10重量%の割合で混合し、これに1−メチル−2−ピロリドン溶剤を加え、混合したものを銅箔上に塗布し、乾燥、加圧成型、加熱処理して負極を調製した。そして、ポリプロピレン微多孔性フィルムのセパレータを用い、上記の非水電解液を注入させてコイン電池(直径20mm、厚さ3.2mm)を作製した。
添加剤として、1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して5.0重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は91.4%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
添加剤として、1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して0.5重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は90.5%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
EC:DEC(容量比)=3:7の非水溶媒を調製し、これにLiPF6を1Mの濃度になるように溶解した。このときシクロヘキシルベンゼン化合物は全く添加しなかった。この非水電解液を使用して実施例1と同様にコイン電池を作製し、電池特性を測定した。初期放電容量に対し、50サイクル後の放電容量維持率は82.6%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
添加剤として、1−フルオロ−2−シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して2.0重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は92.4%であった。また、低温特性も良好であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
添加剤として、1−フルオロ−3−シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して2.0重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は92.0%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
添加剤として、1−クロロ−4−シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して2.0重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は89.1%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
添加剤として、1−ブロモ−4−シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して2.0重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は88.9%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
添加剤として、フルオロベンゼンを非水電解液に対して5.0重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は82.9%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
添加剤として、シクロヘキシルベンゼンを非水電解液に対して5.0重量%使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は83.1%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
負極活物質として、人造黒鉛に代えて天然黒鉛を使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は92.6%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
正極活物質として、LiCoO2に代えてLiNi0.8CO0.2O2を使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は91.0%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
正極活物質として、LiCoO2に代えてLiMn2O4を使用したほかは実施例1と同様に非水電解液を調製してコイン電池を作製し、50サイクル後の電池特性を測定したところ、放電容量維持率は92.4%であった。コイン電池の作製条件および電池特性を表1に示す。
Claims (7)
- 正極、人造黒鉛もしくは天然黒鉛からなる負極、および非水溶媒に電解質が溶解されている非水電解液からなるリチウム二次電池において、該非水電解液中が、0.1〜20重量%のベンゼン環にハロゲン原子が結合しているシクロヘキシルベンゼンを含有することを特徴とするリチウム二次電池。
- ベンゼン環にハロゲン原子が結合しているシクロヘキシルベンゼンが、1−ハロゲノ−4−シクロベンゼンである請求項2に記載のリチウム二次電池。
- 非水電解液中のベンゼン環にハロゲン原子が結合しているシクロヘキシルベンゼンの含有量が0.5〜5重量%である請求項1に記載のリチウム二次電池。
- 非水電解液の非水溶媒が、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの組み合わせ、環状カーボネートとラクトンとの組み合わせ、もしくは複数の環状カーボネートと鎖状カーボネートとの組み合わせである請求項1に記載のリチウム二次電池。
- 非水電解液の非水溶媒が、ビニレンカーボネートを含む請求項1に記載のリチウム二次電池。
- 人造黒鉛もしくは天然黒鉛が、格子面(002)の面間隔(d002)が0.335〜0.340nmの範囲にある黒鉛型結晶構造を有する人造黒鉛もしくは天然黒鉛である請求項1に記載のリチウム二次電池。
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