JP2012033397A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水溶媒と電解質塩とを有する非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、正極活物質が、Lia(NibCocMnd)1−x−yWxZryO2(0.9≦a≦1.2,0.3≦b≦0.6,0.1≦c≦0.7,0≦d≦0.4,b+c+d=1,0.001≦x≦0.05,0.001≦y≦0.05)で表される化合物を含み、非水電解質は、シクロヘキシルベンゼン,tert−ブチルベンゼン,tert−アミルベンゼンからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を、合計で非水電解質質量に対して0.1〜5質量%含む。
【選択図】なし
Description
(式中、QはAl、Fe、Ga、Sn、V、Cr、Cu、Zn、Mg、Ti、Ge、B、Bi、Nb、Ta、Mo、Zr、CaおよびMoから選ばれる少なくとも一種の元素を表す。0.2≦α≦0.6、0.2≦β≦0.6、0≦γ≦0.5、0≦δ≦0.1、0.8≦α+β+γ+δ≦1.2、0<x≦1.2、0<Y≦0.1の関係を満たす数を示す。)
(式中、M1はマンガン(Mn),ニッケル(Ni),マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),銅(Cu),亜鉛(Zn),ガリウム(Ga),イットリウム(Y),ジルコニウム(Zr),ニオブ(Nb),モリブデン(Mo),スズ(Sn),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。a,bおよびcの値は、0.9≦a≦1.1,0≦b≦0.3,−0.1≦c≦0.1の範囲内である。)
(式中、M2はマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),銅(Cu),亜鉛(Zn),ガリウム(Ga),イットリウム(Y),ジルコニウム(Zr),ニオブ(Nb),モリブデン(Mo),スズ(Sn),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。v,w,x,yおよびzの値は、−0.1≦v≦0.1,0.9≦w≦1.1,0<x<1,0<y<0.7,0<z<0.5,0≦1−x−y−z≦0.2の範囲内である。)
式中、Mは、WおよびMoの1種または2種を意味し、0.90≦a≦1.15、0<b<0.99、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0<c+d≦0.9、0.01≦e≦0.1、b+c+d+e=1である(ただし、b+c+d=xとしたとき、1.00x≦a≦1.15x、0.45x<b<0.94x、0.05x<c≦0.35x、0.01x≦d≦0.2x、0.06x≦c+d≦0.55x、かつ0.0001x≦e≦0.03xであるものを除く)。
〈正極活物質の作製〉
Ni,Co,Mnの混合硫酸塩溶液に、炭酸水素ナトリウムを添加し、Ni,Co,Mnの炭酸塩を共沈させた。この後、共沈炭酸塩を熱分解反応して、遷移金属源としてのNi,Co,Mnの酸化物を得た。
負極活物質としての天然黒鉛と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴムと、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースとを、質量比98:1:1で混合し、さらに水と混合して負極活物質スラリーとした。この後、この負極活物質スラリーを銅製の負極芯体(厚み12μm)の両面に塗布した。
上記正極と負極とポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータとを、重ね合わせ、巻き取り機により巻回して、電極体を完成させた。
エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)と、メチルエチルカーボネート(MEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、tert−アミルベンゼン(TAB)と、LiPF6と、を質量比25:47:10:2:1:15で混合して、非水電解質を調製した。
円筒形外装缶に上記電極体を挿入し、負極集電板を外装缶の缶底と、正極集電体を封口板に接続した。この後、上記非水電解質を注液し、外装缶の開口部をかしめ封口することにより、直径18mm、高さ65mmの実施例1に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例2に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.949W0.05Zr0.001O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例3に係る非水電解質二次電池を作製した。
ECと、DMCと、MECと、VCと、TABと、LiPF6と、を質量比25:47.9:10:2:0.1:15で混合した非水電解質を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例4に係る非水電解質二次電池を作製した。
ECと、DMCと、MECと、VCと、TABと、LiPF6と、を質量比25:43:10:2:5:15で混合した非水電解質を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例5に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.6Co0.4)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例6に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.6Co0.3Mn0.1)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例7に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.6Co0.1Mn0.3)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例8に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例9に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例10に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.4Co0.3Mn0.3)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例11に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例12に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.7)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例13に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.5Mn0.2)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例14に係る非水電解質二次電池を作製した。
tert−アミルベンゼン(TAB)に代えてtert−ブチルベンゼン(TBB)を用いたこと以外は、上記実施例2と同様にして、実施例15に係る非水電解質二次電池を作製した。
tert−アミルベンゼン(TAB)に代えてシクロヘキシルベンゼン(CHB)を用いたこと以外は、上記実施例2と同様にして、実施例16に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.95Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.85W0.1Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例2に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.95W0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例3に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.85W0.05Zr0.1O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例4に係る非水電解質二次電池を作製した。
ECと、DMCと、MECと、VCと、LiPF6と、を質量比25:48:10:2:15で混合した非水電解質(TABを含まない非水電解質)を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例5に係る非水電解質二次電池を作製した。
ECと、DMCと、MECと、VCと、TABと、LiPF6と、を質量比25:38:10:2:10:15で混合した非水電解質を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例6に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.8Mn0.2)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例7に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.6Mn0.4)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例8に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.4Co0.1Mn0.5)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例9に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.2Mn0.5)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例10に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.2Co0.8)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例11に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.2Co0.7Mn0.1)0.9W0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例12に係る非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.9Al0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例13に係る非水電解質二次電池を作製した。なお、アルミニウム源としては、酸化アルミニウムを用いた。
正極活物質として、Li(Ni0.3Co0.4Mn0.3)0.9Mg0.05Zr0.05O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例14に係る非水電解質二次電池を作製した。なお、マグネシウム源としては、酸化マグネシウムを用いた。
上記実施例1〜16、比較例1〜14と同じ条件で電池をそれぞれ1個作製し、各電池を25℃において、定電流1It(1500mA)で電圧が電圧4.2Vとなるまで充電し、その後定電圧4.2Vで電流が30mAとなるまで充電した。この後、定電流1It(1500mA)で電圧が2.75Vとなるまで放電した。この放電容量を保存前容量とした。
その後、25℃において、定電流1It(1500mA)で電圧が電圧4.2Vとなるまで充電し、その後定電圧4.2Vで電流が30mAとなるまで充電した。この後、70℃の恒温槽内に300時間保存した。この後、恒温槽から電池を取り出し、室温(25℃)まで電池を自然冷却した後、25℃において、定電流1It(1500mA)で電圧が2.75Vとなるまで放電した。この放電容量を保存後容量とした。そして、以下の式により容量維持率を算出した。
上記実施例1〜16、比較例1〜14と同じ条件で電池をそれぞれ1個作製した。これらの各電池に対して、25℃において、定電流1It(1500mA)で電圧が電圧4.2Vとなるまで充電し、その後定電圧4.2Vで電流が30mAとなるまで充電し、この後、定電流10It(15A)で電圧が2.5Vとなるまで放電する充放電サイクルを200回行った。そして、以下の式によりサイクル容量維持率を算出した。
正極活物質として、Lia(NibCocMnd)1−x−yWxZryO2(0.9≦a≦1.2,0.3≦b≦0.6,0.1≦c≦0.7,0≦d≦0.4,b+c+d=1,0.001≦x≦0.05,0.001≦y≦0.05)で表される化合物以外に、コバルト酸リチウム、スピネル型マンガン酸リチウム、オリビン型リン酸鉄リチウム等の公知の正極活物質材料がさらに含まれていてもよい。
Claims (2)
- 正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水溶媒と電解質塩とを有する非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、
前記正極活物質が、Lia(NibCocMnd)1−x−yWxZryO2(0.9≦a≦1.2,0.3≦b≦0.6,0.1≦c≦0.7,0≦d≦0.4,b+c+d=1,0.001≦x≦0.05,0.001≦y≦0.05)で表される化合物を含み、
前記非水電解質は、シクロヘキシルベンゼン,tert−ブチルベンゼン,tert−アミルベンゼンからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を、合計で非水電解質質量に対して0.1〜5質量%含む、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水溶媒と電解質塩とを有する非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、
前記正極活物質が、Lia(NibCocMnd)1−x−y−zWxZryMzO2(MはTi,Nb,Mo,Zn,Al,Sn,Mg,Ca,Srよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.9≦a≦1.2,0.3≦b≦0.6,0.1≦c≦0.7,0≦d≦0.4,b+c+d=1,0.001≦x≦0.05,0.001≦y≦0.05、0.001≦z≦0.05)で表される化合物を含み、
前記非水電解質は、シクロヘキシルベンゼン,tert−ブチルベンゼン,tert−アミルベンゼンからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を、合計で非水電解質質量に対して0.1〜5質量%含む、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。
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