JP3346739B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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敏和 前島
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、正極活物質にリチ
ウム遷移金属複酸化物を用いた非水電解液二次電池にお
いて、より優れた高温寿命特性および保存特性を提供す
るものである。
【0002】
【従来の技術】高エネルギー密度であるリチウムイオン
二次電池等の非水電解液二次電池は、その特徴を生か
し、携帯電話の電源、ノートパソコン用の電源等様々な
場所で使われている。この非水電解液二次電池の正極活
物質には、リチウム複合遷移金属複酸化物が用いられて
おり、これには、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチ
ウムおよびマンガン酸リチウムがある。コバルト酸リチ
ウムは現在最も普及している電池系であり、安全性、容
量ともに安定した性能を有するが、原材料が高いという
面を持っている。また、ニッケル酸リチウムは、上記リ
チウム含有遷移金属複酸化物の中で最も高い容量を有す
るが、安全性の面ではまだ解決しなければならない課題
を持っている。そして、マンガン酸リチウムは、容量的
には他のリチウム含有遷移金属複酸化物に劣るが、原材
料が安く、安全性の面においても高い信頼性があるとい
うことで現在最も期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のリチウム遷移金
属複酸化物を正極活物質として用いた場合、充放電サイ
クル特性および保存特性の面で共通の問題点が生じてお
り、室温における性能はそれぞれ安定しているが、50
℃以上の高温における上記充放電サイクル特性および保
存特性は、室温におけるそれと比較し明らかに劣ってい
る。この傾向は、マンガン酸リチウムを用いた場合によ
り顕著に現れる。この原因はまだ明らかではないが、電
解液中に存在するH2OおよびHFが引き起こすものと
考えられる。すなわち、電池の保存中および使用中(充
放電中)に電解液中のH2OおよびHFの存在により、
正極活物質である遷移金属複酸化物から遷移金属イオン
が溶出し、この溶出した遷移金属イオンが負極表面で電
解液等と反応して不導体皮膜を形成する。この不導体皮
膜はリチウムイオンが負極内で挿入、脱離する際の抵抗
となり、電池の内部抵抗の増大、容量低下を引き起こす
ものと考えている。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、正極活物質にリチウム遷移金属複酸化物
を用い、電解液に非水電解液を用いた非水電解液二次電
池であって、前記電解液に糖類を含んでいること、前記
糖類は、モノース、ジオース、トリオース、テトロー
ス、ペントース、ヘキソース、ヘプトース、オクトー
ス、ノノース、デコース、セロビオース、ツラノース、
トレハロース、マルトトリオース、ラフィノース、パノ
ース、セロテトラオース、スコロドース、カロニン、レ
バン、ペクチン酸、キチン、グアラン、メスキットガ
ム、テトラヘテログリカンから選ばれる少なくとも1種
であること、前記糖類が前記電解液に対し0.01〜0.
3mol/l含まれていること、前記リチウム遷移金属
複酸化物がマンガン酸リチウムであることを特徴とす
る。これにより、負極表面における遷移金属イオンと電
解液の反応による不導体皮膜の生成を抑制して、負極内
でのリチウムイオンの挿入、脱離を確保し、電池の内部
抵抗の増大および容量の低下を回避することができる。
【0005】正極活物質は、可逆的にリチウムイオンを
挿入放出できるリチウム遷移金属複酸化物で、ここでの
遷移金属は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、M
o、W、Cuから選ばれる少なくとも一種である。また、
これらの遷移金属複酸化物の一部を他の遷移金属で置換
しても良い。一方、負極活物質は、リチウムイオンによ
る充放電可能な物質であれば、炭素材、リチウム合金あ
るいは金属リチウム等と同様な効果が得られる。また、
電解液は、例えばリチウム塩を電解質とし、これを有機
溶媒に溶解した電解液が用いられる。有機溶媒として
は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル
エチルカーボネート、その他、非水電解液電池あるいは
リチウムイオン電池に用いられる溶媒すべてが適用で
き、電解質としても、LiClO4、LiPF6、LiB
4、LiSO3CF3、イミド塩、その他非水電解液電池
あるいはリチウムイオン電池に用いられるリチウム塩す
べてが適用できる。
【0006】そして、糖類には単糖類、少糖類および多
糖類があり、単糖類としては、例えば、モノース、ジオ
ース、トリオース、テトロース、ペントース、ヘキソー
ス、ヘプトース、オクトース、ノノース、デコース等が
あり、少糖類としては、2〜6分子の単糖類からなるも
ので二糖類、三糖類、四糖類等をさし、例えば、セロビ
オース、ツラノース、トレハロース、マルトトリオー
ス、ラフィノース、パノース、セロテトラオース、スコ
ロドース等があり、多糖類としては、多数の単糖類から
なるもので少糖類以上の重合度のものをさし、カロニ
ン、レバン、ペクチン酸、キチン、グアラン、メスキッ
トガム、テトラヘテログリカン等が適用できる。
【0007】
【発明の実施の形態】一般的な18650形の円筒型リ
チウムイオン二次電池であり、正極、負極はともに金属
箔上に活物質を形成し、これらの電極をセパレータを介
して対向するように捲回したものを用いている。そし
て、正極、負極はそれぞれ上蓋、缶に接続され、上蓋と
缶はポリプロピレン製のガスケットにより絶縁されてい
る。正極には本発明の効果が最も現れたスピネル構造を
有するLiMn24を用い、これと黒鉛とポリフッ化ビニ
リデン(PVDF)を80:10:10の重量比でN−メ
チル2ピロリドン(NMP)中に分散させスラリとし、こ
れを正極集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)の
両面に均一に塗布(320g/m2)し乾燥した。そし
て、ロールプレス機にて密度2.5g/cm3まで圧縮し
たものを400mm×55mmに切断して得た。負極
は、非晶質炭素とPVDFを90:10の重量比でNM
P中に分散させスラリとし、負極集電体である銅箔(厚
さ20μm)の両面に均一に塗布(70g/m2)し乾燥
した。そして、ロールプレス機にて密度1.0g/cm3
まで圧縮したものを450mm×55mmに切断して得
た。これらの電極をセパレータを介し、渦巻き状に捲回
した捲回群を缶に納め正極および負極それぞれを上蓋お
よび缶に接続し、電解液の1M―LiPF6/EC+DE
C(1:1(vol%))に糖類を添加したものを3c
c注液した後、ガスケットを介し上蓋をかしめることに
より封口し公称容量900mAhの電池を得た。
【0008】
【実施例】本発明品の実施例および比較例の電池に使用
した糖類の仕様とその電池の初回放電容量、50℃の充
放電サイクル試験における寿命に至るまでのサイクル数
および満充電状態の電池における50℃、1ヶ月間保存
後の容量維持率を表1に示す。なお、充放電サイクル条
件は、充電が0.5CmA−4.2V定電圧3時間、放電
が1CmA、終止電圧2.5Vであり、容量が700m
Ahを切ったとき寿命と判断した。また、保存試験にお
ける容量確認時の充放電条件は上記充放電サイクル条件
に等しく、この場合の容量維持率は保存後、再度充電し
た電池を放電した場合の放電容量が初回放電容量に対し
てどれだけの容量が得られたかを示している。
【0009】
【表1】
【0010】上記の結果より、本発明による実施例は比
較例と比べ、寿命に到達する迄のサイクル数が格段と増
加し、充放電サイクル試験同様に保存試験の結果も大き
く向上したことがわかる。また、糖類の添加量は0.0
1mol/lを下回るとその効果は十分でなく、0.3
mol/lを上回ると初回の放電容量が低下し、そのた
め早期に寿命に至った。従って、その添加量は0.01
〜0.3mol/lが望ましいことがわかる。本実施例
では正極活物質としてLiMn24を記載したが、可逆的
にリチウムイオンを挿入放出できるリチウム遷移金属複
酸化物であればよく、遷移金属は、Ti、V、Cr、M
n、Fe、Co、Ni、Mo、W、Cuから選ばれる少なくと
も一種であっても良く、これらの遷移金属複酸化物の一
部を他の遷移金属で置換しても良い。また、正極活物質
中の遷移金属とリチウムの比にもこだわらない。
【0011】そして、本発明における糖類には、実施例
に記載したもの以外の[0006]欄に記載した糖類に
おいても同様に効果があることを確認した
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、正極活物質にリチウム
遷移金属複酸化物を用いた非水電解液二次電池におい
て、高温における寿命特性および保存特性の優れた非水
電解液二次電池を提供することができる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極活物質にリチウム遷移金属複酸化物を
    用い、電解液に非水電解液を用いた非水電解液二次電池
    であって、前記電解液に対し糖類が0.01〜0.3m
    ol/l含まれており、該糖類は、モノース、ジオー
    ス、トリオース、テトロース、ペントース、ヘキソー
    ス、ヘプトース、オクトース、ノノース、デコース、セ
    ロビオース、ツラノース、トレハロース、マルトトリオ
    ース、ラフィノース、パノース、セロテトラオース、ス
    コロドース、カロニン、レバン、ペクチン酸、キチン、
    グアラン、メスキットガム、テトラへテログリカンから
    選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする非水電
    解液二次電池。
  2. 【請求項2】前記リチウム遷移金属複酸化物がマンガン
    酸リチウムであることを特徴とする請求項1記載の非水
    電解液二次電池。
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JP6150987B2 (ja) * 2012-05-24 2017-06-21 富士フイルム株式会社 非水二次電池用電解液及び二次電池
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