JP3349399B2 - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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Description
に係わり、詳しくはこの種の二次電池の充電状態での保
存特性(以下、充電保存特性と記す)を改善することを
目的とした、非水電解液の電解質塩の改良に関する。
ム二次電池の電池特性は、使用する非水電解液の種類に
大きく影響される。このため、従来、種々の電解質塩
(溶質)及び溶媒からなる非水電解液が提案されてい
る。例えば、特開平8−31452号公報では、電解質
塩として、溶媒に対する安定性が高く、充放電反応時に
分解しにくいLiN(CF3 SO2 )2 (リチウムパー
フルオロメチルスルホニルイミド)を使用することによ
り、充放電サイクル寿命が向上することが報告されてい
る。
果、LiN(CF3 SO2 )2 を単独使用したリチウム
二次電池には、充電状態で保存した場合の自己放電が著
しいという課題があることが分かった。
課題を解決するべくなされたものであって、電解質塩と
してLiN(CF3 SO2 )2 を単独使用した従来電池
に比べて充電保存特性が格段に良いリチウム二次電池を
提供することを目的とする。
めに、本発明に係るリチウム二次電池(本発明電池)に
おいては、非水電解液の電解質塩として、LiBi
F4 、LiAlF4 、LiGaF4 及びLiInF4 か
ら選ばれた少なくとも一種のA電解質塩と、LiN(C
2 F5 SO2 )2 とが併用される。
のモル比は、1:9〜9:1が好ましい。同モル比がこ
の範囲を外れると、充電保存特性が低下する。
関する。それゆえ、電解質塩以外の他の電池材料につい
ては、リチウム二次電池用として従来公知の材料を使用
することができる。
2 O4 、LiCoO2 、LiNiO2 、LiFeO2 、
LiTiO2 等の、Liと一種の遷移金属との複合酸化
物;及びLiと複数種の遷移金属との複合酸化物が例示
される。Liと複数の遷移金属との複合酸化物として
は、Liと、Co、Ni、Mn及びFeよりなる群から
選ばれた二種以上の遷移金属との複合酸化物が例示され
る。
ム−アルミニウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム−
錫合金等のリチウム合金;黒鉛、コークス、有機物焼成
体等の炭素材料;SnO2 、SnO、TiO2 、Nb2
O3 等の電位が正極活物質に比べて卑な金属酸化物が例
示される。負極材料として炭素材料を使用する場合は、
充電保存特性が良いリチウム二次電池を得る上で、格子
面(002)面の面間隔(d002 )が3.37Å以下
で、c軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が200Å以上
の炭素材料を使用することが好ましい。
ンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(P
C)、ビニレンカーボネート(VC)、ブチレンカーボ
ネート(BC)等の環状炭酸エステルや、これらとジメ
チルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート
(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、
1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエト
キシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EM
E)等の低沸点溶媒との混合溶媒が例示される。なかで
も、本発明で規定する電解質塩との相性が良く、充電保
存特性を向上させる上で特に好ましい溶媒としては、一
種又は二種以上の環状炭酸エステルと一種又は二種以上
の鎖状炭酸エステルとの体積比1:4〜4:1の混合溶
媒が挙げられる。
保存特性が良い。この理由は、電解質塩と電極(正極及
び負極)との反応により、電極の表面に充電状態でも安
定に存在するフッ素含有被膜が形成され、このフッ素含
有被膜が、充電状態で保存中の電極と非水電解液とが、
非水電解液の溶媒の分解を伴って反応(自己放電)する
のを抑制するためと推察される。
iNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2 、Li2 CoNi0.8
Mn0.2 O4 、LiNi0.5 Co0.3 Mn0.1 Fe0.1
O2等のマンガン含有酸化物を正極活物質の一部又は全
部として使用したリチウム二次電池に適用して特に有用
である。フッ素含有被膜の形成により、充電状態で保存
したときの溶媒の分解、すなわち非水電解液の劣化が抑
制されるのみならず、マンガンの非水電解液への溶出も
抑制されるからである。
するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものでは
なく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施す
ることが可能なものである。なお、マンガン含有酸化物
を正極活物質として使用したリチウム二次電池には、充
電状態における溶媒の分解に因る放電容量の減少という
活物質の種類に殆ど関係しない共通の問題の外に、マン
ガンの溶出に因る放電容量の減少という特有の問題があ
るので、この実施例では、正極にマンガンが含まれない
電池と正極にマンガンが含まれる電池とに分けて実験を
行った。すなわち、実験1は、前者についての実験であ
り、実験2は、後者についての実験である。
ム二次電池について、電解質塩の種類と充電保存特性の
関係を調べた。
と、ポリフッ化ビニリデン5重量部のN−メチル−2−
ピロリドン(NMP)溶液とを混合してスラリーを調製
し、このスラリーをアルミニウム箔の両面にドクターブ
レード法により塗布して活物質層を形成した後、150
°Cで2時間真空乾燥して、正極を作製した。
のNMP溶液とを混合しスラリーを調製し、このスラリ
ーを銅箔の両面にドクターブレード法により塗布して炭
素層を形成した後、150°Cで2時間真空乾燥して、
負極を作製した。
比1:1の混合溶媒に、表1に示すA電解質塩を0.5
モル/リットル及びLiN(C2 F5 SO2 )2 を0.
5モル/リットル溶かして4種の非水電解液を調製し
た。また、同じ混合溶媒に、LiPF6 を0.5モル/
リットル及びLiN(CF3 SO2 )2 、LiN(C2
F5 SO2 )2 、LiN(C3 F7 SO2 )2 又はLi
N(C4 F9 SO2 )2 を0.5モル/リットル溶かし
て4種の非水電解液を調製した。さらに、同じ混合溶媒
に、LiN(CF3 SO2 )2 又はLiPF6 を1モル
/リットル溶かして2種の非水電解液を調製した。
のリチウム二次電池(電池寸法:直径14mm;高さ5
0mm)、すなわち本発明電池A12〜A15、参考電
池A1〜A4及び比較電池B1,B2を作製した。な
お、いずれの電池もセパレータにポリプロピレン製の微
多孔膜を用いた。
Vまで定電流充電した後、200mAで2.75Vまで
定電流放電して、それぞれの電池の保存前の放電容量C
1を求めた。次いで、同じ電池を、25°Cにて、20
0mAで4.2Vまで定電流充電し、60°Cで20日
間保存したのち取り出して、電池温度を室温に戻した
後、200mAで2.75Vまで定電流放電して、それ
ぞれの電池の保存後の放電容量C2を求めた。保存前の
放電容量C1及び保存後の放電容量C2から、保存後の
容量残存率を下式に基づき算出した。結果を先の表1に
示す。
0
LiN(CF3 SO2 )2 又はLiPF6 をそれぞれ単
独使用した比較電池B1,B2に比べて、保存後の容量
残存率が高く、充電保存特性が良いことが分かる。
リチウム二次電池について、電解質塩の種類と充電保存
特性の関係を調べた。
との混合粉末(両者の重量比は1:1)90重量部と、
人造黒鉛粉末5重量部と、ポリフッ化ビニリデン5重量
部のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混
合してスラリーを調製し、このスラリーをアルミニウム
箔の両面にドクターブレード法により塗布して活物質層
を形成した後、150°Cで2時間真空乾燥して、2種
の正極を作製した。
5重量部と、ポリフッ化ビニリデン5重量部のNMP溶
液とを混合してスラリーを調製し、このスラリーを銅箔
の両面にドクターブレード法により塗布して炭素層を形
成した後、150°Cで2時間真空乾燥して、負極を作
製した。
比1:1の混合溶媒に、表2に示す電解質塩(混合電解
質塩の混合モル比は全て1:1)を1モル/リットル溶
かして非水電解液を調製した。
のリチウム二次電池(電池寸法:直径14mm;高さ5
0mm)、すなわち本発明電池A43〜A46、参考電
池A31〜A34及び比較電池B3,B4を作製した。
本発明電池A43〜A46、参考電池A31〜A34及
び比較電池B3では、LiMn2 O4 を、比較電池B4
では、LiMn2 O4 及びLiCoO2 の混合物(両者
の重量比は1:1)を、それぞれ正極活物質として使用
した。
を行った。結果を先の表2に示す。
46は、比較電池B3,B4に比べて、充電保存特性が
良い。正極及び負極の表面に充電状態でも安定に存在す
るフッ素含有被膜が形成され、このフッ素含有被膜が電
極と非水電解液との反応、及び、正極活物質に含まれる
マンガンの溶出を抑制したためと考えられる。
して特定の電解質塩を使用しているので、充電保存特性
が良い。
Claims (5)
- 【請求項1】非水電解液の電解質塩が、LiBiF4 、
LiAlF4 、LiGaF4 及びLiInF4 から選ば
れた少なくとも一種のA電解質塩と、LiN(C2 F5
SO2 )2 とからなることを特徴とするリチウム二次電
池。 - 【請求項2】A電解質塩とLiN(C2 F5 SO2 )2
のモル比が、1:9〜9:1である請求項1記載のリチ
ウム二次電池。 - 【請求項3】非水電解液の溶媒が、環状炭酸エステルと
鎖状炭酸エステルとの体積比4:1〜1:4の混合溶媒
である請求項1記載のリチウム二次電池。 - 【請求項4】正極活物質の一部又は全部がマンガン含有
酸化物である請求項1記載のリチウム二次電池。 - 【請求項5】負極材料が、格子面(002)面の面間隔
(d002 )が3.37Å以下で、且つc軸方向の結晶子
の大きさ(Lc)が200Å以上の炭素材料である請求
項1記載のリチウム二次電池。
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