JP3091923B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
安全性に優れた新規な二次電池に関するものである。
ドミウム電池に変わる小型,軽量二次電池として、種々
の非水系二次電池が提案されている。中でも、例えば特
開昭62−90,863号公報,特開昭63−121,
260号公報,特開平3−49,155号公報等におい
て開示されている正極にLi,Coを主成分とする複合
金属酸化物を用い、負極に炭素質材料を用いる新しい二
次電池系が注目されている。従来かかる非水系二次電池
として提案されているのは負極活物質として、金属L
i、もしくはLi合金を用いるものであった。かかる金
属Li等を負極に用いた二次電池は、小型,軽量という
観点からは満足されるものの、デンドライト析出に基
く、サイクル性,保存特性等の性能上の問題、又、同じ
くデンドライト析出によるセパレーターの突き破りから
内部短絡を引き起こすという寿命の問題、更には金属L
iの活性な化学反応性に基く安全上の問題、等実用化へ
の大きな障害を有していた。これに対し、前記の負極活
物質に炭素質材料を用いる新しい電池系は、このような
デンドライト析出を起こすことなく、優れたサイクル
性,保存特性を有すると共に、金属Liのような活性な
化学反応性を有していないことから、安全性が非常に優
れているという特徴を有しているものである。
分とする複合金属酸化物と組合せた場合、高電圧,高容
量の電池ができるものとして期待されている。
i,Coを主成分とする複合金属酸化物を正極活物質と
し、炭素質材料を負極活物質として用いた電池の場合、
プロピレンカーボネート,エチレンカーボネート等の環
状炭酸エステルが良い性能を示す電解液溶剤として用い
られる。
は通常ジオール系化合物が不純物としてかなりの量含有
されている。このグリコール類は電池特性、特に保存特
性,サイクル性等に悪影響を及ぼす。更に、極端な場合
にはガス発生,内圧上昇,電池のフクレ等の現象が発生
し、安全上も問題となる。かかるジオール系化合物等の
不純物は極力少ない方が好ましいのは事実ではあるが、
沸点が環状炭酸エステルと近接しており低濃度にまで下
げるのは困難であり、又コスト的にも高くなる可能性が
あった。
物を用い、負極活物質として炭素質材料を用いる本発明
の電池系においてジオール類の許容混入範囲を明らかに
し、その効率的な除去方法を見出すことは本電池系を実
用化する上で重要な解決課題である。
該電池系のジオール類による影響について鋭意検討した
結果、非水電解液中のジオール類濃度を特定の濃度範囲
とすることにより優れた特性を有する電池が得られるこ
とを見出した。
見に基いて完成されたもので、Li,Coを主成分とす
る複合金属酸化物を正極活物質とし、炭素質材料を負極
活物質とし、電解液溶剤中にプロピレンカーボネート,
エチレンカーボネート,ビニレンカーボネートよりなる
群から選ばれる少なくとも一種の環状炭酸エステルを1
0重量%以上含有する非水電解液を用いる非水電解液二
次電池において、該非水電解液にエチレングリコール、
1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール
よりなる群から選ばれる少なくとも一種のジオール系化
合物を含有し、その合計量が25ppm〜1,500p
pmであることを特徴とするものである。
合金属酸化物とは、層状構造を有し電気化学的にLiイ
オンがインターカレート,ディインターカレートし得る
化合物であり、少なくともCoを金属成分の中で50重
量%以上含むものである。特に限定されないが、かかる
複合金属酸化物の一例を示せば、例えば特開昭55−1
36,131号公報で開示されるLiCoO2 ,特開昭
62−90,863号公報で開示されている一般式Li
x Coy Nz O2 (但し、NはAl,In,Snの群か
ら選ばれた少なくとも一種を表わし、x,y,zは各々
0.05≦x≦1.10,0.85≦y≦1.00,
0.001≦z≦0.10の数を表わす。)、又、特開
平3−49,155号公報で開示されるLix Niy C
o(1-y) O2 (但し、0<x≦1,0≦y<0.50)
等が挙げられる。
ム,酸化リチウム,炭酸リチウム,硝酸リチウム等のL
i化合物と酸化コバルト,水酸化コバルト,炭酸コバル
ト,硝酸コバルト等のコバルト化合物と、更に要すれ
ば、他金属化合物との焼成反応により容易に得られるも
のである。
して、高電圧,高容量という他の活物質には見られない
優れた特性を有している。特に前記一般式Lix Coy
NzO2 (但し、NはAl,In,Snの群から選ばれ
た少なくとも一種を表わし、x,y,zは各々0.05
≦x≦1.10,0.85≦y≦1.00,0.001
≦z≦0.10の数を表わす。)は特にサイクル性等の
特性に優れており本発明で好ましく用いられる複合酸化
物である。
定されるものではないが、その一例を示せば特開昭58
−35,881号公報に記載の高表面積炭素材料、又特
開昭58−209,864号公報に記載のフェノール系
樹脂等の焼成炭化物、又特開昭61−111,907号
公報に記載の縮合多環炭化水素系化合物の焼成炭化物等
が挙げられる。中でも特開昭62−90,863号公報
で開示されるBET法比表面積A(m2 /g)が0.1
<A<100の範囲でX線回折における結晶厚みLc
(Å)と真密度ρ(g/cm3 )の値が下記条件1.7
0<ρ<2.18かつ10<Lc<120ρ−189を
満たす範囲にある炭素質材料は高容量かつ優れたサイク
ル特性を有しており、本発明において特に好ましく用い
られる。
エステルは前述の如く本発明の正,負活物質の組合せの
電池で優れた特性を発揮するものであり、その具体的な
例としては、プロピレンカーボネート,エチレンカーボ
ネート,ビニレンカーボネートが挙げられる。本発明に
おいて該環状炭酸エステル単独で用いても良いし、2種
以上の環状炭酸エステルを混合して用いても良い。又、
該環状炭酸エステルと環状炭酸エステル以外の溶剤とを
混ぜても良いが、この場合、電解液溶剤中の環状炭酸エ
ステルは10重量%以上でなければならない。10重量
%未満の場合は前述の環状炭酸エステルの有する優れた
特性が損われ好ましくない。ここで用いられる環状炭酸
エステル以外の溶剤としては例えばエーテル類、ケトン
類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、硫
黄化合物、塩素化炭化水素類、エステル類、直鎖カーボ
ネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系化合物、ス
ルホラン系化合物等を用いることができるが、これらの
うちでもエーテル類、ケトン類、ニトリル類、塩素化炭
化水素類、直鎖カーボネート類、スルホラン系化合物が
好ましい。
ラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキ
サン、アニソール、モノグライム、アセトニトリル、プ
ロピオニトリル、4−メチル−2−ペンタノン、ブチロ
ニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、1,2−
ジクロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタ
ン、メチルフォルメイト、炭酸ジメチル、炭酸ジエチ
ル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジ
メチルチオホルムアミド、スルホラン、3−メチル−ス
ルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルおよび
これらの混合溶媒等をあげることができるが、必ずしも
これらに限定されるものではない。
れているジオール類とは、エチレングリコール、1,2
−プロパンジオール、1,3−プロパンジオールが挙げ
られ、その電解液中に含有される量は25ppm〜1,
500ppmの範囲でなければならない。
m、更に好ましくは25ppm〜75ppmの範囲であ
る。
性,サイクル性等の電池特性が低下すると共に、場合に
よっては、ガス発生による電池のフクレ等の現象が発生
し好ましくない。25ppm未満にする為には極めて高
度な精密蒸留等のコストアップ要因となる手法をとらざ
るを得ないと共に、25ppm未満にしても特性上の改
善効果は見られず好ましくない。
有量にする効率的な方法としては種々の手段が考えられ
る。用いる環状炭酸エステルを精留する方法も有効な手
段の一つであるが、その為には還流比,精留温度,減圧
度等の設定条件が重要である。
ルミナ、特殊なモレキュラーシーブス等の吸着剤により
処理する方法が挙げられる。本法は簡便で効率の良い方
法であり実用的な方法として挙げられる。特に重要なこ
とは該ジオール系化合物は前記環状炭酸エステルと水分
との作用により経時的に増加していく傾向があり、なる
べく使用直前に前記処理を行うことが好ましい。
が、織布,不織布,ガラス織布,合成樹脂微多孔膜等が
挙げられるが、薄膜、大面積電極を用いる場合には、例
えば特開昭58−59072号に開示される合成樹脂微
多孔膜、特にポリオレフィン系微多孔膜が、厚み、強
度、膜抵抗の面で好ましい。
ないが、一例を示せば、LiClO4 ,LiBF4 ,L
iAsF6 ,CF3 SO3 Li,LiPF6 ,LiI,
LiAlCl4 ,NaClO4 ,NaBF4 ,NaI,
(n−Bu)4 N+ ClO4,(n−Bu)4 N+ BF4
,KPF6 等が挙げられる。
部品を用いて電池が構成される。又、電池の構造として
は、特に限定されるものではないが、正極、負極、更に
要すればセパレーターを単層又は複層としたペーパー型
電池、積層型電池、又は正極、負極、更に要すればセパ
レーターをロール状に巻いた円筒状電池等の形態が一例
として挙げられる。
する。
o複合酸化物100重量部とグラファイト2.5重量
部、アセチレンブラック2.5重量部を混合した後、フ
ッ素ゴム2重量部を酢酸エチル/エチルセロソルブの
1:1(重量比)混合溶剤60重量部に溶解させた液を
混合しスラリー状塗工液を得た。
塗工機を用い巾600mm厚さ15μのAl箔の両面に
上記塗工液を塗布した。両面塗工後の塗工厚は290μ
であった。
ッ素ゴム5重量部を酢酸エチル/エチルセロソルブの
1:1(重量比)混合溶剤90重量部に溶解させた液を
混合しスラリー状塗工液を得た。
塗工機を用い巾600mm厚さ10μのCu箔の両面に
上記塗工液を塗布した。両面塗工後の塗工厚は350μ
であった。
てプレス後、両者共にスリッターを用い41mm巾にス
リットした。Li1.03Co0.92Sn0.02O2 塗工品を正
極とし、ニードルコークス塗工品を負極とし、セパレー
ターとしてポリエチレン製微多孔膜(ハイポア4030
U旭化成社製)を用い、捲回機により外径14.9mm
のコイル状に捲回した。この捲回コイルを外径16mm
の電池缶に入れた後、プロピレンカーボネート/エチレ
ンカーボネート/γ−ブチロラクトンの1:1:2(重
量比)の混合溶剤に(環状炭酸エステル含有量50重量
%)LiBF4を1M濃度に溶かしたものを電解液とし
て含浸した後封口し、図1に示す高さ50mmのAサイ
ズの電池缶を試作した。
エチレンカーボネートは何れもシリカゲル処理を行った
ものであり、含浸直前での電解液中のジオール系化合物
は、エチレングリコール75ppm、1,2−プロパン
ジオール65ppm、1,3−プロパンジオール25p
pmであり、ジオール系化合物含有量合計は165pp
mであった。ジオール系化合物含有量の測定は、ガスク
ロマトグラフ(GC−14A、島津製作所製)により行
なった。尚、カラムはPEG20Mキャピラリカラムを
使用した。
等の現象もなく、正常な電池性能を示した。結果を表1
に示す。
件にした以外は全く同じ操作を行いAサイズ電池を試
作、評価を行った。
o複合酸化物を正極活物質とし、炭素質材料を負極活物
質とし、電解液溶剤中に少なくとも環状炭酸エステルを
10重量%以上含有する非水電解液を用いる二次電池に
おいて、非水電解液中に含有されるジオール系化合物を
25ppm〜1,500ppmにすることにより、自己
放電等の電池特性を改良することができる。
Claims (1)
- 【請求項1】 Li,Coを主成分とする複合金属酸化
物を正極活物質とし、炭素質材料を負極活物質とし、電
解液溶剤中にプロピレンカーボネート,エチレンカーボ
ネート,ビニレンカーボネートよりなる群から選ばれる
少なくとも一種の環状炭酸エステルを10重量%以上含
有する非水電解液を用いる非水電解液二次電池におい
て、該非水電解液にエチレングリコール、1,2−プロ
パンジオール、1,3−プロパンジオールよりなる群か
ら選ばれる少なくとも一種のジオール系化合物を含有
し、その合計量が25ppm〜1,500ppmである
ことを特徴とする非水電解液二次電池。
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Publications (2)
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JP03261294A Expired - Lifetime JP3091923B2 (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 非水電解液二次電池 |
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-
1991
- 1991-09-13 JP JP03261294A patent/JP3091923B2/ja not_active Expired - Lifetime
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