JP3043175B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JP3043175B2
JP3043175B2 JP4055585A JP5558592A JP3043175B2 JP 3043175 B2 JP3043175 B2 JP 3043175B2 JP 4055585 A JP4055585 A JP 4055585A JP 5558592 A JP5558592 A JP 5558592A JP 3043175 B2 JP3043175 B2 JP 3043175B2
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lithium
negative electrode
positive electrode
battery
cobalt complex
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義久 日野
吉郎 原田
秀哲 名倉
貴志 鈴木
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、過充電および過放電に
よる弊害を防止したリチウム二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery in which adverse effects due to overcharge and overdischarge are prevented.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウム二次電池の負極活物質として用
いられる炭素質材料は、充放電サイクル中での劣化が少
なく秀れた耐久性を示すことで注目されている。
2. Description of the Related Art A carbonaceous material used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery has attracted attention because it exhibits excellent durability with little deterioration during a charge / discharge cycle.

【0003】この炭素質材料を用いた電池の負極電位
は、通常放電を行うとリチウムイオンが放出されて貴な
方向に移行し、充電を行うとリチウムイオンが吸蔵され
卑な方向に移行する。なおこの場合、負極電位はリチウ
ム金属電位に達することはないが、この種の電池にあっ
ても過充電あるいは過放電により、以下の問題が生ず
る。
[0003] The negative electrode potential of a battery using this carbonaceous material shifts to a noble direction by discharging lithium ions during normal discharge, and shifts to a noble direction during charging, by absorbing lithium ions. Note that, in this case, the negative electrode potential does not reach the lithium metal potential, but even in this type of battery, the following problem occurs due to overcharging or overdischarging.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 過充電による問題:電池を充電する際に充電器の突然
の故障により電池へ一時的に大電流が流れたり、電池が
充電終止電圧に達してもなお通電状態が続く場合があ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] Problems due to overcharging: When charging a battery, a sudden failure of the charger causes a temporary large current to flow into the battery, or the battery is still energized even if it reaches the charge end voltage. May follow.

【0005】このような過充電状態にある電池の負極電
位が金属リチウム電位よりも卑に達すると、金属リチウ
ムが負極であるリチウム吸蔵体上に析出する。この時正
極にインターカレートされていたリチウムが全て放出さ
れた場合、正極では電解液の分解が起り、この反応が気
体発生を伴うため、電解液が劣化し、電池の内圧が上昇
して破裂、発火に至る可能性があり、非常に危険であ
る。
When the negative electrode potential of the battery in such an overcharged state becomes lower than the metallic lithium potential, metallic lithium is deposited on the lithium storage material as the negative electrode. At this time, if all the lithium intercalated to the positive electrode is released, the electrolytic solution is decomposed at the positive electrode, and this reaction involves gas generation, so that the electrolytic solution deteriorates, the internal pressure of the battery increases, and the battery ruptures. , Can lead to ignition and is very dangerous.

【0006】また、負極では前述のように電解液中の電
解質が還元され、金属リチウムが析出することになる
が、この析出形態がデンドライト状であるため、電析リ
チウムがセパレータを貫通して内部短絡を起こし、その
後電池として作動不能となるほか、破裂,発火に至る可
能性もある。
In the negative electrode, as described above, the electrolyte in the electrolytic solution is reduced, and metallic lithium is deposited. However, since the deposited form is dendrite, the deposited lithium penetrates through the separator and enters inside. A short circuit may occur, which will render the battery inoperable, and may even explode or ignite.

【0007】過放電による問題:このタイプの電池を
直列に複数個接続して用いるとき、放電可能容量の異な
る電池が混在している場合を考えると、放電可能容量の
少ない電池は放電容量の大きい電池によって強制放電さ
れる。
Problems due to overdischarge: When a plurality of batteries of this type are connected in series and used, and batteries having different dischargeable capacities are mixed, batteries having a small dischargeable capacity have a large discharge capacity. The battery is forcibly discharged.

【0008】強制放電されている電池は、この状態が続
くと正負極が転極するに至り、正極上に金属リチウムが
析出する。前述したように電析リチウムはデンドライト
状に成長し、これがセパレータを貫通して内部短絡を起
こし、破裂,発火に至る可能性もある。また、この時負
極に吸蔵されていたリチウムが全て放出されると、負極
では電解液の分解が起り、この反応が気体発生を伴うた
め、電解液が劣化し、電池の内圧が上昇して破裂、発火
に至る可能性があり、非常に危険である。
In a battery which has been forcibly discharged, if this state continues, the positive and negative electrodes will be inverted, and metallic lithium will precipitate on the positive electrode. As described above, electrodeposited lithium grows in a dendrite shape, which penetrates through the separator to cause an internal short circuit, which may lead to rupture or ignition. At this time, when all of the lithium occluded in the negative electrode is released, the electrolytic solution is decomposed at the negative electrode, and this reaction involves gas generation. , Can lead to ignition and is very dangerous.

【0009】本発明は以上の過充電および過放電による
問題を解決するものであって、その目的は、過充電およ
び過放電による正負極表面上への金属リチウムの電析を
防止するとともに電解液の分解反応を防止し、これによ
り電池の発火,破裂を未然に防止したリチウム二次電池
を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems caused by overcharge and overdischarge, and has as its object to prevent the deposition of metallic lithium on the positive and negative electrode surfaces due to overcharge and overdischarge and to prevent the electrolytic solution It is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery in which a decomposition reaction of a lithium battery is prevented, thereby preventing the battery from firing or bursting.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、リチウムのドープ,脱ドープが可能な正
極および炭素質材料からなる負極および非水電解液を備
えたリチウム二次電池において、前記電解液中に一般
式:[Co(Olefin )(PR3 3 ](但しOlefinはエ
チレンまたはプロピレン、Rはメチル基またはエチル
基)で示されるコバルト錯体を0.01〜0.1mol の
配合比で添加するものである。
To achieve the above object, the present invention relates to a lithium secondary battery comprising a positive electrode capable of doping and undoping lithium, a negative electrode made of a carbonaceous material, and a non-aqueous electrolyte. And 0.01 to 0.1 mol of a cobalt complex represented by the general formula: [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ] (where Olefin is ethylene or propylene, and R is a methyl group or an ethyl group) in the electrolyte. It is added in a compounding ratio.

【0011】このコバルト錯体は、グラファイトにカリ
ウム,ナトリウム,リチウム等のアルカリ金属を溶媒中
でインターカレートさせる場合に使用され、種々の特性
が見出だされている。
The cobalt complex is used when graphite is intercalated with an alkali metal such as potassium, sodium or lithium in a solvent, and various properties have been found.

【0012】リチウムの場合を例にとると、粉末状のリ
チウム金属とグラファイトとを一般式:[Co(Olefin
)(PR3 3 ](但しOlefinはエチレンまたはプロ
ピレン、Rはメチル基またはエチル基)を含む有機溶媒
中で撹拌すると、このコバルト錯体は図1のように作用
し、リチウムキャリアとしてのグラファイトにリチウム
をインターカレートさせることが知られている。図1
は、まず最初に[Co(Olefin )(PR3 3 ]がリチ
ウム金属粉末と接触,反応してLi[Co(Olefin)
(PR3 3 ]を生成し、Li[Co(Olefin )(PR
3 3 ]がグラファイトにリチウムをインターカレート
させると再び[Co(Olefin )(PR3 3 ]に戻る過
程を示している。
Taking lithium as an example, powdered lithium metal and graphite are represented by the general formula: [Co (Olefin
) (PR 3 ) 3 ] (where Olefin is ethylene or propylene, and R is a methyl group or an ethyl group) when stirred in an organic solvent, the cobalt complex acts as shown in FIG. 1 to form graphite as a lithium carrier. It is known to intercalate lithium. FIG.
First, [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ] contacts and reacts with lithium metal powder to form Li [Co (Olefin)
(PR 3 ) 3 ], and Li [Co (Olefin) (PR
3 ) 3 ] shows the process of returning to [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ] again when lithium is intercalated into graphite.

【0013】このとき、図1中のLi[Co(Olefin )
(PR3 3 ]がグラファイトにリチウムをインターカ
レートさせるのは、Li[Co(Olefin )(P
3 3 ]がリチウム金属電位よりも貴であるが、リチ
ウム−グラファイト−インターカレーション化合物より
も卑な電位を持つためであると説明されている。
At this time, Li [Co (Olefin) in FIG.
(PR 3 ) 3 ] intercalates lithium into graphite by Li [Co (Olefin) (P
R 3 ) 3 ] is more precious than the lithium metal potential, but has a lower potential than the lithium-graphite-intercalation compound.

【0014】なお、本発明のコバルト錯体の添加量は、
少なすぎると後述するケミカルシャトルとしての効果が
十分に得られず、また多すぎると内部抵抗が増加し放電
終止電圧に達するまでの連続放電時間が短くなるので、
前記添加量範囲に限定される。
The amount of the cobalt complex of the present invention is as follows:
If the amount is too small, the effect as a chemical shuttle described later is not sufficiently obtained, and if the amount is too large, the internal resistance increases and the continuous discharge time until reaching the discharge end voltage is shortened.
The addition amount is limited to the above range.

【0015】[0015]

【作用】以上の構成によれば、電解液中に添加したコバ
ルト錯体は、過充電時および過放電時において以下の図
2,図3のように反応する。
According to the above arrangement, the cobalt complex added to the electrolyte reacts during overcharge and overdischarge as shown in FIGS.

【0016】(1)過充電時(図2参照):過充電によ
り、負極表面上に金属リチウムが少しでも析出すると、
この電析リチウムと容易に反応し、矢印(a)に示すよ
うにLi[Co(Olefin )(PR33 ]を形成する。
(1) At the time of overcharging (see FIG. 2): If any amount of metallic lithium is deposited on the surface of the negative electrode due to overcharging,
It reacts easily with the deposited lithium to form Li [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ] as shown by the arrow (a).

【0017】このLi[Co(Olefin )(PR3 3
は過充電状態の負極にこれ以上リチウムが吸蔵不可能な
状態になっていること、また前述したように正極電位は
負極電位よりも明らかに貴であり、この時正極がカソー
ディックに分極していることから正極と容易に電気化学
反応を起こし(一種の短絡反応)、リチウムは矢印
(b)に示すように正極にインターカレートすることに
なる。
This Li [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ]
Indicates that lithium is no longer occluded in the overcharged negative electrode, and the positive electrode potential is clearly nobler than the negative electrode potential, as described above. Therefore, an electrochemical reaction easily occurs with the positive electrode (a kind of short-circuit reaction), and lithium intercalates into the positive electrode as shown by the arrow (b).

【0018】一方、正極は過充電状態であるため、イン
ターカレートされたリチウムは速やかにデインターカレ
ートすることになり、矢印(c)に示すように再び負極
で金属リチウムが電析する。
On the other hand, since the positive electrode is in an overcharged state, the intercalated lithium is quickly deintercalated, and metal lithium is deposited again at the negative electrode as shown by an arrow (c).

【0019】電解液中のコバルト錯体は以上の(a)→
(b)→(c)の循環を繰返すことによって、過充電時
に一種のケミカルシャトルとして働き、負極上での電析
リチウムの成長を抑制するとともに、正極へのリチウム
の供給によって電解液分解反応も抑制する。
The cobalt complex in the electrolytic solution is obtained by the above (a) →
By repeating the cycle of (b) → (c), it acts as a kind of chemical shuttle at the time of overcharge, suppresses the growth of electrodeposited lithium on the negative electrode, and suppresses the electrolytic solution decomposition reaction by supplying lithium to the positive electrode. Suppress.

【0020】(2)過放電時(図3参照):過放電によ
り、正極上に金属リチウムが少しでも析出すると、その
電析リチウムと容易に反応し、矢印(d)に示すように
Li[Co(Olefin )(PR3 3]を形成する。
(2) Overdischarge (see FIG. 3): If any metallic lithium precipitates on the positive electrode due to overdischarge, it easily reacts with the deposited lithium, and as shown by arrow (d), Li [ Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ] is formed.

【0021】Li[Co(Olefin )(PR3 3 ]は、
過放電状態の正極にこれ以上リチウムが吸蔵不可能な状
態になっていること、過放電による転極によって負極電
位は正極電位よりも明らかに貴であり、この時負極がカ
ソーディックに分極していることから、負極と容易に電
気化学反応を起こし(一種の短絡反応)、リチウムは矢
印(e)に示すように負極にインターカレートすること
になる。
Li [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ] is
The negative electrode potential is clearly more noble than the positive electrode potential due to the over-discharged positive electrode being in a state where lithium can no longer be inserted into the positive electrode, and the negative electrode is now cathodicly polarized. Therefore, an electrochemical reaction easily occurs with the negative electrode (a kind of short-circuit reaction), and lithium intercalates into the negative electrode as shown by an arrow (e).

【0022】実際Li[Co(Olefin )(PR3 3
は、前述したように、炭素質材料が分極状態でない場合
でも有機溶媒中でこれと反応し、リチウム−炭素質材料
の2元系層間化合物を形成することが知られている。し
かし、負極は過放電状態であるため、前述したようにカ
ソーディックに分極していることから、インターカレー
トされたリチウムは速やかにデインターカレートするこ
とになり、再び矢印(f)に示すように正極で金属リチ
ウムが電析することになる。
Actually, Li [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ]
As described above, it is known that even when the carbonaceous material is not in a polarized state, it reacts with the carbonaceous material in an organic solvent to form a binary intercalation compound of a lithium-carbonaceous material. However, since the negative electrode is in an overdischarged state and is cathodicly polarized as described above, the intercalated lithium is quickly deintercalated, and again as shown by the arrow (f). Thus, metallic lithium is deposited on the positive electrode.

【0023】したがって、電解液中のコバルト錯体は以
上の(d)→(e)→(f)の循環を繰返すことによっ
て、過放電時に一種のケミカルシャトルとして働き、正
極上での電析リチウムの成長を抑制するとともに、負極
へのリチウムの供給によって電解液の分解反応を抑制す
る。
Therefore, the cobalt complex in the electrolytic solution functions as a kind of chemical shuttle at the time of overdischarge by repeating the above-mentioned circulation of (d) → (e) → (f), and the deposited lithium on the positive electrode In addition to suppressing the growth, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed by supplying lithium to the negative electrode.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図4は本発明による単3形リチウム二次電池
の構造を示す。このリチウム二次電池は基本的には従来
と同様に、正極1,負極2の間にポリプロピレン製多孔
質フィルムからなるセパレータ3を挟んでスパイラル状
に巻回して巻回要素を形成し、その上部に前記正極1側
に接続する正極リード板4を、下部に前記負極2側に接
続する負極リード板5を突出させた状態でPP絶縁板6
aを介して有底筒形のケース6内に収装し、負極リード
板5を有底筒形ケース6の内底面中心にスポット溶接に
より接続し、また安全弁付き正極端子板7の底部に正極
リード板4をスポット溶接し、その後非水電解液をケー
ス6内に注液し、正極端子板7を封口ガスケット8を介
してケース6の開口に嵌め付け、カシメによって完成す
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 4 shows the structure of an AA lithium secondary battery according to the present invention. Basically, this lithium secondary battery is spirally wound with a separator 3 made of a porous film made of polypropylene between the positive electrode 1 and the negative electrode 2 to form a winding element. A positive electrode lead plate 4 connected to the positive electrode 1 side and a negative electrode lead plate 5 connected to the negative electrode 2 side protrude below the PP insulating plate 6.
a, the negative electrode lead plate 5 is connected to the center of the inner bottom surface of the bottomed cylindrical case 6 by spot welding, and the positive electrode is connected to the bottom of the positive terminal plate 7 with a safety valve. The lead plate 4 is spot-welded, and then a non-aqueous electrolyte is injected into the case 6, the positive electrode terminal plate 7 is fitted into the opening of the case 6 via the sealing gasket 8, and completed by caulking.

【0025】前記正極1は、正極活物質であるLiCo
2 と、導電材であるカーボン粉末とPTFEの水性デ
ィスパージョンとを重量比で100:10:10の割合
で混合し、水でペースト状に混練したものを集電体を構
成する厚さ30μm のアルミ箔の両面に塗着した後乾
燥,圧延して所定の大きさに切断した帯状のもので、前
記帯状の長手方向に直交して合剤の一部をかきとり、こ
こに正極リード板4をスポット溶接した。なお、以上の
混合比率のうちPTFEの水性ディスパージョンの割合
はそのうちの固形分の割合である。
The positive electrode 1 is made of LiCo as a positive electrode active material.
O 2 , a conductive material such as carbon powder and an aqueous dispersion of PTFE were mixed at a weight ratio of 100: 10: 10, and kneaded in a paste with water to form a current collector having a thickness of 30 μm. Is coated on both sides of an aluminum foil, dried, rolled, and cut into a predetermined size. A portion of the mixture is scraped off at right angles to the longitudinal direction of the strip, and the positive electrode lead plate 4 Was spot welded. The ratio of the aqueous dispersion of PTFE in the above mixture ratio is the ratio of the solid content.

【0026】前記活物質であるLiCoO2 は、酸化コ
バルト(CoO)と、炭酸リチウム(LiCO3 )とを
モル比で2:1に混合し、空気中で900℃,9時間加
熱したものを用いた。以上の正極1の理論充填電気量は
500 mAhである。
The active material LiCoO 2 is obtained by mixing cobalt oxide (CoO) and lithium carbonate (LiCO 3 ) at a molar ratio of 2: 1 and heating in air at 900 ° C. for 9 hours. Was. The theoretical charge amount of the positive electrode 1 is 500 mAh.

【0027】前記負極2は、炭素質粉末とPTFEの水
性ディスパージョンとを重量比で100:3の割合とし
水で混練したものをニッケル製エキスパンドメタルに圧
入し、乾燥,切断して帯状に形成し、さらにこの長手方
向と直交して一部をかきとりここに負極リード板5をス
ポット溶接したものである。なお、PTFEの水性ディ
スパージョンの比率は前記と同様固形分の割合であり、
負極中の炭素粉末の重量は3.5g である。
The negative electrode 2 was formed by kneading with water a carbonaceous powder and an aqueous dispersion of PTFE at a weight ratio of 100: 3, and pressing the mixture into a nickel expanded metal, followed by drying and cutting to form a strip. The negative electrode lead plate 5 is spot-welded to a part thereof perpendicular to the longitudinal direction and spot-welded thereto. In addition, the ratio of the aqueous dispersion of PTFE is the ratio of the solid content as described above,
The weight of the carbon powder in the negative electrode was 3.5 g.

【0028】また、この負極は対極を金属リチウムとし
た場合に、第1サイクルにおけるリチウムのドープ量
が、電流密度1 mA/cm2 の定電流で行った場合、両極間
電圧0.01Vまでで800 mAh、脱ドープ量が、電
流密度1 mA/cm2 の定電流で行った場合、500 mAh
である。
When the counter electrode is made of metallic lithium and the doping amount of lithium in the first cycle is a constant current of a current density of 1 mA / cm 2, a voltage between both electrodes of up to 0.01 V is obtained. 500 mAh when the dedoping amount is 800 mAh and the dedoping amount is a constant current of 1 mA / cm 2.
It is.

【0029】また、前記非水電解液は、過塩素酸リチウ
ム(LiCl O4 )をプロピレンカーボネートと1,2
−ジメトキシエタンとの混合溶媒中に1モル/lの割合
で溶解したもので、この電解液に対し、コバルト錯体と
して[Co( C2 2 )(PCH3 3 ]をそれぞれ0
mol ,0.001mol ,0.005mol ,0.01mol
,0.05mol ,0.1mol ないしそれ以上の各種濃
度で添加した。
Further, the non-aqueous electrolyte contains lithium perchlorate (LiCl O 4 ) in propylene carbonate and 1,2
- obtained by dissolving at a rate of 1 mol / l in a mixed solvent of dimethoxyethane, to the electrolytic solution, as the cobalt complex [Co (C 2 H 2) (PCH 3) 3] respectively 0
mol, 0.001 mol, 0.005 mol, 0.01 mol
, 0.05 mol, 0.1 mol or more at various concentrations.

【0030】次に、このコバルト錯体を各種濃度で添加
した電解液を注液して完成した電池の性能を比較調査し
た。
Next, the performance of the battery completed by injecting an electrolytic solution to which the cobalt complex was added at various concentrations was compared and investigated.

【0031】(1)過充電試験:上限電圧4.2V,下
限電圧3.0Vとして0.5Aの定電流で20サイクル
の充放電を行い、20サイクル目の放電容量を計測し、
図5に示す特性を得た。このグラフでは本発明範囲の上
限値である0.1mol を超えた場合には急速に放電容量
が低下するが、これは過剰量のコバルト錯体の添加によ
って電池の内部抵抗が増加することを示唆している。な
お、全般的にはコバルト錯体を添加したものは未添加の
ものに比べて放電容量は低下するものの、200mAh
程度までは容量低下の許容範囲である。
(1) Overcharge test: The upper limit voltage was 4.2 V, the lower limit voltage was 3.0 V, and charging and discharging were performed for 20 cycles at a constant current of 0.5 A, and the discharge capacity at the 20th cycle was measured.
The characteristics shown in FIG. 5 were obtained. In this graph, when the amount exceeds the upper limit of 0.1 mol of the range of the present invention, the discharge capacity decreases rapidly, which suggests that the internal resistance of the battery increases due to the addition of an excessive amount of the cobalt complex. ing. In general, the discharge capacity of the battery to which the cobalt complex was added was lower than that of the battery to which no cobalt complex was added, but the discharge capacity was 200 mAh.
This is within the allowable range of capacity reduction.

【0032】次いで20サイクル終了後これらの電池を
再び0.5Aの定電流で充電し続けて人為的に過充電状
態を作り、10Vに達する時間を計測した。この結果図
6に示すように本発明範囲の下限値を下回って添加され
たものはその添加量に応じて10V到達時間が長引く
が、本発明の下限値を上回る0.01mol 以上のコバル
ト錯体を添加した電池では10Vまでに達する時間が1
00時間以上であり、このグラフに掲載不能なまでの長
時間となることが確認された。なお、この過充電された
本発明の範囲を下回る添加量の場合にはいずれもデンド
ライトによりセパレータを突き破って内部短絡を引き起
こしており、電池として使用不能であることも確認され
ている。
Next, after the completion of 20 cycles, these batteries were continuously charged with a constant current of 0.5 A again to artificially create an overcharged state, and the time required to reach 10 V was measured. As a result, as shown in FIG. 6, those added below the lower limit of the range of the present invention have a longer time to reach 10 V depending on the amount added, but have a cobalt complex of 0.01 mol or more exceeding the lower limit of the present invention. The time to reach 10V is 1
It was confirmed that the time was more than 00 hours, which was a long time before the data could not be posted on this graph. In addition, in the case of the addition amount which is less than the range of the overcharged present invention, it has been confirmed that dendrites pierce the separator and cause an internal short circuit, so that the battery cannot be used.

【0033】(2)過放電試験:20サイクル充放電の
終了後、再び4.2Vまで充電した電池5ケと充電を行
わない電池1ケとを直列に接続し、6ケの電池の電圧が
0Vになるまで0.5Aの定電流で強制的に放電させ
た。
(2) Overdischarge test: After 20 cycles of charging / discharging, 5 batteries recharged to 4.2 V and 1 uncharged battery are connected in series, and the voltage of 6 batteries is reduced. The battery was forcibly discharged at a constant current of 0.5 A until the voltage became 0 V.

【0034】ここで、充電を行わない電池の電解液とし
ては、コバルト錯体が未添加のものおよび種々の濃度の
コバルト錯体を添加したものをそれぞれ試験し、短絡の
有無を確認した。この結果を以下の表に示す。
Here, as the electrolytic solution of the battery which is not charged, those without the addition of the cobalt complex and those with the addition of the cobalt complex at various concentrations were tested to confirm the presence or absence of a short circuit. The results are shown in the table below.

【0035】[0035]

【表1】 この表に示す結果からも明らかなように、コバルト錯体
を0.005mol 以上添加した電解液を用いた二次電池
では過充電時の内部短絡がなく安全性が高い。但し、前
述の放電容量や過充電時の特性とも合わせコバルト錯体
の添加範囲は非水電解液に対して0.01〜0.1mol
までの範囲が好ましいものとなる。
[Table 1] As is evident from the results shown in this table, a secondary battery using an electrolyte solution containing at least 0.005 mol of a cobalt complex has no internal short circuit at the time of overcharge and has high safety. However, the addition range of the cobalt complex is 0.01 to 0.1 mol with respect to the non-aqueous electrolyte in consideration of the above-mentioned discharge capacity and characteristics at the time of overcharging.
The range up to is preferable.

【0036】なお、本実施例ではコバルト錯体として
[Co( C2 2 )(PCH3 3 ]を用いているが、
一般式:[Co(Olefin )(PR3 3 ](但しOlefin
はエチレンまたはプロピレン、Rはメチル基またはエチ
ル基)で示されるコバルト錯体であれば、いずれもケミ
カルシャトルとしての効果が確認され採用可能である。
In this embodiment, [Co (C 2 H 2 ) (PCH 3 ) 3 ] is used as the cobalt complex.
General formula: [Co (Olefin) (PR 3 ) 3 ] (However, Olefin
Is an ethylene or propylene, and R is a methyl group or an ethyl group), any of which can be adopted because the effect as a chemical shuttle is confirmed.

【0037】また、本発明は前述したスパイラル形電池
のみならず、コイン形などの偏平形電池にも適用可能で
あることも勿論である。
The present invention can be applied not only to the above-mentioned spiral type battery but also to a flat type battery such as a coin type.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上実施例によって詳細に説明したよう
に、本発明に係るリチウム二次電池にあっては、電解液
中のコバルト錯体はリチウム金属と可逆的に反応して過
充電時に一種のケミカルシャトルとして働き、負極上で
の電析リチウムの成長を抑制するとともに、正極へのリ
チウムの供給によって電解液の分解反応を抑制し、また
このコバルト錯体は過放電時にも一種のケミカルシャト
ルとして働き、正極上での電析リチウムの成長を抑制す
るとともに、負極へのリチウムの供給によって電解液の
分解反応を抑制する。したがって、本発明では過充電時
および過放電時における電池の内部短絡やこれを原因と
する発火,破裂などの危険性を未然に回避でき、この種
の二次電池の安全性を向上できる。
As described in detail in the above embodiments, in the lithium secondary battery according to the present invention, the cobalt complex in the electrolytic solution reacts reversibly with lithium metal to form a kind of overcharge. It acts as a chemical shuttle, suppressing the growth of electrodeposited lithium on the negative electrode, and suppressing the decomposition reaction of the electrolyte by supplying lithium to the positive electrode.This cobalt complex also acts as a kind of chemical shuttle during overdischarge. In addition, while suppressing the growth of electrodeposited lithium on the positive electrode, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed by supplying lithium to the negative electrode. Therefore, in the present invention, the risk of internal short circuit of the battery at the time of overcharging and overdischarging and the danger of fire and explosion due to this can be avoided beforehand, and the safety of this type of secondary battery can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】コバルト錯体の機能を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the function of a cobalt complex.

【図2】過充電時におけるコバルト錯体の機能を示す模
式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a function of a cobalt complex during overcharge.

【図3】過放電時におけるコバルト錯体の機能を示す模
式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the function of a cobalt complex during overdischarge.

【図4】本発明の実施例によるスパイラル形リチウム二
次電池の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a spiral-type lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

【図5】コバルト錯体の各添加量における充放電20サ
イクル目の放電容量を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the discharge capacity at the 20th charge / discharge cycle for each addition amount of the cobalt complex.

【図6】コバルト錯体の各添加量における10V過充電
まで到達する時間を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the time required to reach 10 V overcharge at each addition amount of a cobalt complex.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 正極リード板 5 負極リード板 6 ケース 7 正極端子板 8 封口ガスケット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Positive electrode lead plate 5 Negative electrode lead plate 6 Case 7 Positive electrode terminal plate 8 Sealing gasket

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名倉 秀哲 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (72)発明者 鈴木 貴志 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−242074(JP,A) 特開 平1−206571(JP,A) 特開 平5−47416(JP,A) Proc.Pymp.Recharg eable Lithium Batt eries 1989,page.77−86 (1990) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 6/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hidetetsu Nakura 5-36-11 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Inside Fuji Electric Chemical Co., Ltd. (72) Takashi Suzuki 5-36-11 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemical Co., Ltd. (56) References JP-A-4-242074 (JP, A) JP-A-1-206571 (JP, A) JP-A-5-47416 (JP, A) Proc. Pymp. Recharge enable Lithium Batt eries 1989, page. 77-86 (1990) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10/40 H01M 6/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 リチウムのドープ,脱ドープが可能な正
極および炭素質材料からなる負極および非水電解液を備
えたリチウム二次電池において、 前記電解液中に一般式:[Co(Olefin )(P
3 3 ](但しOlefinはエチレンまたはプロピレン、
Rはメチル基またはエチル基)で示されるコバルト錯体
を0.01〜0.1mol の配合比で添加する、 ことを特徴とするリチウム二次電池。
1. A lithium secondary battery comprising a positive electrode capable of doping and dedoping lithium, a negative electrode made of a carbonaceous material, and a non-aqueous electrolyte, wherein the electrolyte has a general formula: [Co (Olefin) ( P
R 3 ) 3 ] (where Olefin is ethylene or propylene,
(R is a methyl group or an ethyl group) a cobalt complex represented by the formula (1) in an amount of 0.01 to 0.1 mol.
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