JP2012204155A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電解液7の溶媒をカーボネート系溶媒のみで構成し、エチレンカーボネートを含むことによって、電極と電解液7の反応を抑制し、リフロー後の容量減少が少ない非水電解質二次電池を提供する。
【選択図】図1
Description
請求項1に記載の発明は、正極と、負極と、非水溶媒と支持塩を含む電解液と、ガスケットと、セパレータとを有する非水電解質二次電池であって、前記非水溶媒がカーボネート系溶媒のみで構成され、前記カーボネート系溶媒はエチレンカーボネートが含まれることを特徴とする非水電解質二次電池であることを要旨とする。
請求項1に記載の発明によれば、非水溶媒がカーボネート系溶媒のみで構成され、エチレンカーボネートが含まれることで、リフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項2に記載の発明によれば、エチレンカーボネートが非水溶媒に対し、30〜70体積%含まれることで、リフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項3に記載の発明によれば、カーボネート系溶媒は、環状カーボネート系溶媒のみで構成されることで、リフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項4に記載の発明によれば、環状カーボネート系溶媒にプロピレンカーボネートもしくはブチレンカーボネートを含むことで、リフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項5に記載の発明によれば、エチレンカーボネートが非水溶媒に対し、45〜55体積%含まれることで、リフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項6に記載の発明によれば、カーボネート系溶媒は環状カーボネート系溶媒及び鎖状カーボネート系溶媒からなることで、低温特性をより良くでき、かつリフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項7に記載の発明によれば、鎖状カーボネート系溶媒が非水溶媒に対し、15〜35体積%含まれることで、低温特性をより良くでき、かつリフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項8に記載の発明によれば、鎖状カーボネート系溶媒はエチルメチルカーボネートもしくはジエチルカーボネートを含むことで、低温特性をより良くでき、かつリフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項9に記載の発明によれば、前記環状カーボネート系溶媒はプロピレンカーボネートもしくはブチレンカーボネートを含むことで、低温特性をより良くでき、かつリフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項10に記載の発明によれば、負極は、SiO、SiO2、Si、WO2、WO3およびLi−Al合金のいずれかを含むことで、リフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項12に記載の発明によれば、正極は、MoO3、LiFePO4、Li4Mn5O12、Li4CoO2Mn5O12、Nb2O3、Li4Ti5O12のいずれかを含むことで、リフロー時の電解液と電極との反応が抑えられ、容量の減少が抑えられる。
請求項12に記載の発明によれば、前記支持塩が、リチウムビスパーフルオロメチルスルホニルイミド(Li(CF3SO2)2N)を含むことで、電解液の耐熱性を高めることが出来、容量の減少が抑えられる。
図1において、非水電解質二次電池は、有底円筒状に形成された正極缶2とハット状に形成された負極缶4と、正極缶2と負極缶4との間に挟入されたガスケット6と、を有している。また、この正極缶2と負極缶4は電極集電体を兼ねているが、正極缶2や負極缶4とは別に電極集電体を設けてもかまわない。正極缶2は、ガスケット6を介して負極缶4にかしめ封口し、正極缶2と負極缶4との間に密閉された空間を形成する。
正極缶2と負極缶4との間に密閉された空間には、正極缶2の底面側から順に、正極1、セパレータ5、負極3が配されて、電解液7が充填されている。
このため、一般的に電解液の非水溶媒としては、ラクトン、グライム、鎖状エーテル、スルホン化合物、環状カーボネート、鎖状カーボネートのうち、少なくとも1種からなることが望ましいとされてきた。
電解液7の非水溶媒がカーボネート系溶媒のみで構成され、エチレンカーボネートが含まれることにより、リフローによる電極との反応を抑え電池特性の劣化を抑えた非水電解質二次電池を提供することができた。このとき、上記溶媒に低温での電池特性の維持を目的に、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)から選ばれる低沸点溶媒を添加することで、低温特性をより良くできる。
(実施例1)
作製した非水電解質二次電池の断面図を図1に示した。作製した非水電解質二次電池は、外径4.8mm、厚さ1.4mmのコイン型である。
正極1は、次の様にして作製した。市販のMoO3に導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をMoO3:グラファイト:ポリアクリル酸=54:44:2の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合剤6.4mgを2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極1を、炭素を含む導電性樹脂接着剤を用いて正極缶2に接着し一体化した(正極ユニット化)後、250℃で8時間減圧加熱乾燥した。
ガスケット6は、ポリエーテルエーテルケトン製のものを用いた。
電解液7は、エチレンカーボネートを30体積%、プロピレンカーボネートを70体積%とした混合溶媒に、リチウムビスパーフルオロメチルスルホニルイミド(Li(CF3SO2)2N)を1mol/l溶解したもの5μlを準備した。その後、電解液7を注入し、正極ユニットと負極ユニットを重ねかしめ封口することにより非水電解質二次電池を作製した。
実施例2は、混合溶媒をエチレンカーボネートを70体積%、プロピレンカーボネートを30体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例3)
実施例3は、混合溶媒に添加するエチレンカーボネートの割合を30体積%、ブチレンカーボネートを70体積%、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例4)
実施例4は、混合溶媒をエチレンカーボネートを70体積%、ブチレンカーボネートを30体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
比較例1は、混合溶媒をエチレンカーボネートを50体積%、γ‐ブチルラクトン50体積%とし、溶質を2mol/LのLiBF4とした電解液7を用いた。それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(比較例2)
比較例2は、混合溶媒をスルホランを30体積%、ジメトキシエタンを30体積%、フルオロエチレンカーボネートを40体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(比較例3)
比較例3は、混合溶媒をテトラギウライムを30体積%、エチルグライムを30体積%、フルオロエチレンカーボネートを40体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
以上のように作製した非水電解質二次電池に、予備加熱180℃10分、最高加熱温度260℃20秒でのリフロー炉で2回の熱処理を行った。非水電解質二次電池を室温まで冷却した後、330kΩの抵抗を用い、1.5Vカットオフの条件で容量を測定した。
結果を表1に示す。
次に、電解液7に鎖状カーボネート系溶媒を含んだ非水電解質二次電池を作製した。
実施例5は、混合溶媒をエチレンカーボネートを45体積%、プロピレンカーボネートを20体積%、エチルメチルカーボネートを35体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例6)
実施例6は、混合溶媒をエチレンカーボネートを50体積%、プロピレンカーボネートを25体積%、エチルメチルカーボネートを25体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例7)
実施例7は、混合溶媒をエチレンカーボネートを55体積%、プロピレンカーボネートを30体積%、エチルメチルカーボネートを15体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例8)
実施例8は、混合溶媒をエチレンカーボネートを45体積%、プロピレンカーボネートを20体積%、ジエチルカーボネートを35体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
実施例9は、混合溶媒をエチレンカーボネートを50体積%、プロピレンカーボネートを25体積%、ジエチルカーボネートを25体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例10)
実施例10は、混合溶媒をエチレンカーボネートを55体積%、プロピレンカーボネートを30体積%、ジエチルカーボネートを15体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例11)
実施例11は、混合溶媒をエチレンカーボネートを45体積%、ブチレンカーボネートを20体積%、エチルメチルカーボネートを35体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例12)
実施例12は、混合溶媒をエチレンカーボネートを50体積%、ブチレンカーボネートを25体積%、エチルメチルカーボネートを25体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
実施例13は、混合溶媒をエチレンカーボネートを55体積%、ブチレンカーボネートを30体積%、エチルメチルカーボネートを15体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例14)
実施例14は、混合溶媒をエチレンカーボネートを45体積%、ブチレンカーボネートを20体積%、ジエチルカーボネートを35体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例15)
実施例15は、混合溶媒をエチレンカーボネートを50体積%、ブチレンカーボネートを25体積%、ジエチルカーボネートを25体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
(実施例16)
実施例16は、混合溶媒をエチレンカーボネートを55体積%、ブチレンカーボネートを30体積%、ジエチルカーボネートを15体積%とし、それ以外は実施例1に等しい条件で作製した。
結果を表2に示す。
2 正極缶
3 負極
4 負極缶
5 セパレータ
6 ガスケット
7 電解液
Claims (12)
- 正極と、負極と、非水溶媒と支持塩を含む電解液と、ガスケットと、セパレータとを有する非水電解質二次電池であって、
前記非水溶媒がカーボネート系溶媒のみで構成され、
前記カーボネート系溶媒はエチレンカーボネートが含まれることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 前記エチレンカーボネートが前記非水溶媒に対し、30〜70体積%含まれることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記カーボネート系溶媒は、環状カーボネート系溶媒のみで構成されることを特徴とする請求項1もしくは2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記環状カーボネート系溶媒はプロピレンカーボネートもしくはブチレンカーボネートを含むことを特徴とする請求項3に記載の非水電解質二次電池。
- 前記エチレンカーボネートが前記非水溶媒に対し、45〜55体積%含まれることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記カーボネート系溶媒は環状カーボネート系溶媒及び鎖状カーボネート系溶媒からなることを特徴とする請求項5に記載の非水電解質二次電池。
- 前記鎖状カーボネート系溶媒が前記非水溶媒に対し、15〜35体積%含まれることを特徴とする請求項6に記載の非水電解質二次電池。
- 前記鎖状カーボネート系溶媒はエチルメチルカーボネートもしくはジエチルカーボネートを含むことを特徴とする請求項7に記載の非水電解質二次電池。
- 前記環状カーボネート系溶媒はプロピレンカーボネートもしくはブチレンカーボネートを含むことを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極は、SiO、SiO2、Si、WO2、WO3およびLi−Al合金のいずれかを含むことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極は、MoO3、LiFePO4、Li4Mn5O12、Li4CoO2Mn5O12、Nb2O3、Li4Ti5O12のいずれかを含むこと特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記支持塩は、リチウムビスパーフルオロメチルスルホニルイミド(Li(CF3SO2)2N)を含むことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
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