JP2013004316A - リチウムイオン電池及びそれを利用した電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非水電解液が、リン酸トリメチルと、ビニレンカーボネートと、非水溶媒としてエチレンカーボネート並びにジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートとを含み、エチレンカーボネート並びにジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の和が、前記非水溶媒の総体積の60体積%以上であり、エチレンカーボネート並びにジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の和に対するジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の比が0.3〜0.6であり、リン酸トリメチルが前記非水電解液の総重量に対して3〜5重量%含まれ、ビニレンカーボネートが前記非水電解液の総重量に対して1.0〜10重量%含まれる。
【選択図】なし
Description
(実施例1−1〜1−9、及び比較例1−1〜1−6)
図1は、リチウムイオン電池101の内部断面構造を模式的に示している。リチウムイオン電池101は、正極107、負極108、及びセパレータ109からなる積層体をステンレス鋼からなる電池容器102内に密閉状態にて収納した構成となっている。電池容器102の上部にはステンレス鋼からなる蓋103があり、蓋103は正極外部端子104、負極外部端子105、注液口106を有する。非水電解液113は、電池容器102に電極群を収納した後に、蓋103を電池容器102に被せ、蓋103の外周を溶接して電池容器102と一体にした後、注液口106から注液した。非水電解液113は、正極107、負極108、セパレータ109の表面、細孔内部及び電池容器102内の空隙に保持されている。
比較例1−1は、LiPF6を1mol/l、ECとDMCをそれぞれ40体積%、60体積%とした。加えて、TMPを含まず、VCを3重量%とした。比較例1−1では、非水溶媒の総体積に対するECとDMCの体積の和の比率は100体積%となる。また、ECとDMCの体積の和に対するDMCの体積の比率は0.6となる。放電容量は1.0Ah、試験後容量比は70%と高い値を示しており、初期容量、試験後容量比は優れていた。しかし、TMPを添加していないため、消火時間が10〜20秒という長い時間を要し、自己消火性を有していないことが分かった。
実施例1−1は、比較例1−1の条件を基準としてTMPを5重量%に変更した。実施例1−1では、非水溶媒の総体積に対するECとDMCの体積の和の比率は100体積%となる。また、ECとDMCの体積の和に対するDMCの体積の比率は0.6となる。DMCの量、TMPの量を適正条件とすることにより、消火時間が0〜1秒となり、自己消火性に優れていることを確認した。加えて、TMPの量、VCの量を適正条件とした結果、TMPの分解を抑制することができ、初期容量、試験後容量比ともに比較例1と同等の性能を得ることができた。結果、自己消火性と初期容量、試験後容量比の両立が可能となることが明らかになった。
実施例2は、上記実施例1−1等と同一構成のリチウムイオン電池を用いて、実施例1−1の非水電解液の条件を基準にDMCをジエチルカーボネート(DEC)に変更したものである。本実施例においても、初期容量、試験後容量比、消火時間ともに実施例1−1と同等の性能を得ることができた。本結果により、DMCとDECによるTMPの自己消火性の促進効果は同等であると思われることから、実施例1−2〜1−9でDMCをDECに置き換えた場合でも同様の効果が得られると考えられる。
比較例3は、前述の比較例1−2の条件を基準に電解質をLiPF6からLiBF4に変更したものである。比較例3では、非水溶媒の総体積に対するECとDMCの体積の和の比率は100体積%となる。また、ECとDMCの体積の和に対するDMCの体積の比率は0.6となる。比較例3は、消火時間は1〜3秒と短いものの、比較例1−2と同一のTMP添加量にも関わらず、比較例1−2よりも消火時間は長くなった。LiPF6は非水電解液が着火した際の熱によって分解し、フッ素ラジカルを放出する。これが燃焼反応を促進する酸素ラジカルを捕捉し、燃焼反応を終了させる作用がある。比較例3において消化時間が長いのは、非水電解質の組成変更によりLiPF6による燃焼反応終了作用が無くなったためと考えられる。加えて、TMPの分解に起因して初期容量、試験後容量比も低下した。したがって、TMP及びLiBF4を高濃度で用いると、自己消火性と試験後容量比の両立が困難となることが分かった。
・電池システムの構成について
図2に、2個のリチウムイオン電池101を直列に接続した電池システムを示す。リチウムイオン電池101は、実施例1−1で示した仕様で作製した。図2の右側に配置したリチウムイオン電池101の負極外部端子は、電力ケーブル213により充放電制御器216の負極入力ターミナルに接続されている。図2の右側に配置したリチウムイオン電池101の正極外部端子は、電力ケーブル214を介して、図2の左側に配置したリチウムイオン電池101の負極外部端子に連結されている。図2の左側に配置したリチウムイオン電池101の正極外部端子は、電力ケーブル215により充放電制御器216の正極入力ターミナルに接続されている。このような配線構成によって、2個のリチウムイオン電池101を充電又は放電させることができる。
外部機器219は充電時に電力を供給し、放電時に電力を消費させた。リチウムイオン電池101は定格容量が得られる通常の充電を行う。例えば、1時間率の充電電流にて、4.1Vあるいは4.2Vの定電圧充電を0.5時間、実行することができる。充電条件は、リチウムイオン電池の材料の種類、使用量等の設計で決まるので、電池の仕様ごとに最適な条件とする。
102 電池容器
103 蓋
104 正極外部端子
105 負極外部端子
106 注液口
107 正極
108 負極
109 セパレータ
110 正極リード線
111 負極リード線
112 絶縁性シール材料
113 非水電解液
213、214、215、217、218、220、221 電力ケーブル
216 充放電制御器
219 外部機器
222 発電装置
Claims (7)
- 正極、負極及び非水電解液を備えたリチウムイオン電池であって、
前記非水電解液が、リン酸トリメチルと、
ビニレンカーボネートと、
非水溶媒としてエチレンカーボネート並びにジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートとを含み、
前記エチレンカーボネート並びに前記ジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の和が、前記非水溶媒の総体積の60体積%以上であり、
前記エチレンカーボネート並びに前記ジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の和に対する前記ジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の比が0.3〜0.6であり、
前記リン酸トリメチルが前記非水電解液の総重量に対して3〜5重量%含まれ、
前記ビニレンカーボネートが前記非水電解液の総重量に対して1.0〜10重量%含まれるリチウムイオン電池。 - 前記非水電解液が、電解質として少なくともLiPF6を含み、
その量が非水電解液中0.8〜2.0mol/lである請求項1に記載のリチウムイオン電池。 - 前記エチレンカーボネート並びに前記ジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の和に対する前記ジメチルカーボネート及び/又はジエチルカーボネートの体積の比が0.4〜0.6である請求項1に記載のリチウムイオン電池。
- 前記ビニレンカーボネートが前記非水電解液の総重量に対して1.0〜7.0重量%含まれる請求項1に記載のリチウムイオン電池。
- 前記ビニレンカーボネートが前記非水電解液の総重量に対して2.0〜5.0重量%含まれる請求項1に記載のリチウムイオン電池。
- 前記非水電解液が、非水溶媒としてさらにエチルメチルカーボネートを含む請求項1〜5のいずれかに記載のリチウムイオン電池。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のリチウムイオン電池を搭載した電池システム。
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