JP3825604B2 - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP3825604B2
JP3825604B2 JP2000055671A JP2000055671A JP3825604B2 JP 3825604 B2 JP3825604 B2 JP 3825604B2 JP 2000055671 A JP2000055671 A JP 2000055671A JP 2000055671 A JP2000055671 A JP 2000055671A JP 3825604 B2 JP3825604 B2 JP 3825604B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
battery
solvent
assembled
manganese
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000055671A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2001243981A (ja
Inventor
精司 吉村
崇 岡本
伸 藤谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2000055671A priority Critical patent/JP3825604B2/ja
Priority to US09/797,051 priority patent/US6482549B2/en
Publication of JP2001243981A publication Critical patent/JP2001243981A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3825604B2 publication Critical patent/JP3825604B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0567Liquid materials characterised by the additives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/364Composites as mixtures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0028Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037Mixture of solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/16Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
    • H01M6/162Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte
    • H01M6/166Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte by the solute
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムを活物質とする負極と、リチウム−マンガン複合酸化物を活物質とする正極と、溶質及び溶媒からなる非水電解液とを備えたリチウム二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、リチウム二次電池の正極活物質として、二酸化マンガンが検討されている。二酸化マンガンは、リチウムを電気化学的に吸蔵及び放出することができるとともに、放電電位(vs.Li/Li+)が高いからである。
【0003】
しかしながら、二酸化マンガンをリチウム二次電池の正極活物質として実用可能なものとするためには、二酸化マンガンの充放電サイクルにおける結晶構造の安定性(充放電サイクル特性)を改善する必要がある。二酸化マンガンは、充放電サイクルにおける膨張及び収縮の繰り返しにより、その結晶構造が壊れるからである。二酸化マンガンのこのような充放電サイクルにおける結晶構造の安定性の悪さを改善したものとしては、例えば、二酸化マンガンとLi2MnO3との複合酸化物からなるリチウム−マンガン複合酸化物(特開昭63−114064号公報参照)や、二酸化マンガンの結晶格子中にリチウムを含有させたリチウム含有二酸化マンガン複合酸化物(特開平1−235158号公報参照(この複合酸化物もリチウム−マンガン複合酸化物の1種である。))が報告されている。
【0004】
これらのリチウム−マンガン複合酸化物は、充放電サイクル特性に優れ、二次電池の正極活物質として実用可能なレベルのものである。
しかしながら、機器の高性能化及び高信頼性化が進むにつれ、そのメモリバックアップ用となる電源である、リチウム−マンガン複合酸化物を正極活物質に使用したリチウム二次電池においても充放電サイクル特性が十分でないという問題が生じてきた。
【0005】
本発明の目的は、このようなリチウム−マンガン複合酸化物を正極活物質とするリチウム二次電池において、非水電解液を改良することにより、充放電サイクル特性に優れたリチウム二次電池を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るリチウム二次電池(本発明電池)は、リチウムを活物質とする負極と、リチウム−マンガン複合酸化物を活物質とする正極と、溶質及び溶媒からなる非水電解液とを備えたリチウム二次電池であって、リチウム−マンガン複合酸化物が、リチウムとマンガンとの複合酸化物にホウ素またはホウ素化合物を固溶させたものであり、溶質が、リチウムトリフルオロメタンスルホン酸イミド、リチウムペンタフルオロエタンスルホン酸イミドあるいはリチウムトリフルオロメタンスルホン酸メチドであり、溶媒が、プロピレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンと亜リン酸トリアルキルとからなる混合溶媒であることを特徴とするものである。
【0007】
本発明では、亜リン酸トリアルキルがリチウム−マンガン複合酸化物と反応し、リチウム−マンガン複合酸化物上にリン化合物の被膜が生成し、この被膜により充放電サイクル時の電解液とリチウム−マンガン複合酸化物との副反応が抑制されるため、優れた充放電サイクル特性が得られる。電解液に対する体積割合が体積%未満では、十分な被膜ができない場合があり、また電解液に対する体積割合が15体積%を超えると、リン化合物の被膜が厚過ぎて、充放電反応が起こりにくい場合がある。従って、亜リン酸トリアルキルの含有量としては〜15体積%が好ましく、この場合に特に優れた充放電サイクル特性が得られる。
【0008】
本発明におけるリチウム−マンガン複合酸化物が、リチウムとマンガンとの複合酸化物に、ホウ素またはホウ素化合物を固溶させたものであると、充電したときにも正極活物質が分解せず、分解生成物が非水電解液中に溶出しないため、特に優れた充放電サイクル特性を示す。
【0009】
特に優れた充放電サイクル特性を示す、ホウ素またはホウ素化合物を固溶させてなるホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物としては、例えば特開平8−2769366号公報に開示されたものを用いることができる。具体的には、原子比(B/Mn)0.01〜0.20、マンガンの平均価数3.80以上であり、例えば、ホウ素化合物とリチウム化合物とマンガン化合物とのB:Li:Mnの原子比0.01〜0.20:0.1〜2.0:1の混合物を150〜430℃、好ましくは250〜430℃、より好ましくは300〜430℃の温度で熱処理することにより得られる。熱処理温度が150℃よりも低いと、反応が十分に進行しない、MnO2 中の水分を十分に除去することができない等の問題が生ずる。一方、熱処理温度が430℃を超えると、MnO2 が分解してマンガンの平均価数が3.80より小さくなり、その結果、充電時にホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物の電子状態のバランスが崩れて不安定になり、充電時にホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物が分解して非水電解液中に溶出し易くなる。なお、熱処理は空気中で行うことが好ましい。
【0010】
上記ホウ素化合物としては、酸化ホウ素(B23)、ホウ酸(H3BO3)、メタホウ酸(HBO2)、メタホウ酸リチウム(LiBO2)、4ホウ酸リチウム(Li247)が、上記リチウム化合物としては、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(Li2CO3)、酸化リチウム(Li2O)、硝酸リチウム(LiNO3)が、また上記マンガン化合物としては、二酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン(MnOOH)が、それぞれ例示される。
【0011】
充放電サイクル特性に優れたものを得るためには、後述する実施例に示すように、非水電解液の溶質としてリチウムトリフルオロメタンスルホン酸イミド、リチウムペンタフルオロエタンスルホン酸イミドあるいはリチウムトリフルオロメタンスルホン酸メチドが挙げられる。
【0012】
充放電サイクル特性に優れたものを得るためには、後述する実施例に示すように、非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネートと、1,2−ジメトキシエタンとからなる混合溶媒が挙げられる。これらの混合溶媒を用いた電解液はイオン伝導率が高く、また負極にリチウムとアルミニウムとの合金を用いた場合、これらの混合溶媒を電解液に用いると、負極上に優れたイオン伝導率を示す被膜が生じ、充放電サイクル特性が向上する。
【0013】
負極は、リチウムを電気化学的に吸蔵及び放出することが可能な物質または金属リチウムを負極材料とするものである。リチウムを電気化学的に吸蔵及び放出することが可能な物質としては、リチウム合金(リチウム−アルミニウム合金、リチウム−アルミニウム−マンガン合金、リチウム−鉛合金、リチウム−錫合金、リチウム−ケイ素合金など)、及び黒鉛、コークス等の炭素材料が例示される。特に、負極にリチウムとアルミニウムとの合金を用いた場合、本発明の混合溶媒を用いた電解液では、負極上に優れたイオン伝導率を示す被膜が生じ、優れた充放電サイクル特性を示す。
【0014】
本発明電池では、正極活物質として、リチウム−マンガン複合酸化物が使用されているとともに、非水電解液の添加剤として、亜リン酸トリアルキルが使用されているので、充電時、正極活物質が分解しにくく、優れた充放電サイクル特性が得られる。優れた充放電サイクル特性が得られるためには、正極活物質及び非水電解液の両方に本発明で規定するものを使用する必要があり、正極活物質または非水電解液の溶媒のいずれか一方のみに本発明で規定するものを使用しただけでは、優れた充放電サイクル特性を得ることはできない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することが可能なものである。
【0016】
(実施例1−1)
〔正極の作製〕
水酸化リチウム(LiOH)と酸化ホウ素(B23)と二酸化マンガン(MnO2)とを、Li:B:Mnの原子比0.53:0.06:1.00で混合し、空気中にて375℃で20時間熱処理(焼成)し、粉砕して正極活物質としてのホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物を得た。このホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物をX線回折測定したところ、X線回折パターンに、Li2MnO3 のピークと、本来のピーク位置からやや低角度側にシフトしたMnO2 のピークのみが認められた。また、このホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物中のマンガンの平均価数を測定したところ、3.80であった。
【0017】
ホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物中のマンガンの平均価数は、次のようにして求めた。すなわち、先ず、試料を塩酸中に溶かして溶液を調製した。次いで、上記溶液に硫酸第一鉄アンモニウム水溶液を添加した後、過剰の硫酸第一鉄アンモニウムを過マンガン酸カリウム水溶液で滴定する化学滴定法により、上記溶液の有効酸素量(マンガンの酸化力)を、また上記溶液中のマンガン量を原子吸光分析法により、それぞれ求めた。次いで、このようにして求めた有効酸素量及びマンガン量から、ホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物中のマンガンの平均価数を算出した。
【0018】
なお、マンガンの平均価数が組成式から計算される4より小さいのは、MnO2 中にリチウムが幾らか固溶したためと考えられる。X線回折パターンにおけるMnO2 のピークが低角度側にシフトしているのも、このためと考えられる。
【0019】
上記ホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物(粉末)と、導電剤としてのカーボンブラック(粉末)と、結着剤としてのフッ素樹脂(粉末)とを重量比率85:10:5で混合して正極合剤を得た。この正極合剤を円盤状に鋳型成型し、真空中にて250℃で2時間乾燥して、正極を作製した。
【0020】
〔負極の作製〕
電気化学的に作製したリチウム−アルミニウム(Li−Al)合金を、円盤状に打ち抜き、負極を作製した。
【0021】
〔非水電解液の調製〕
プロピレンカーボネート(PC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)と亜リン酸トリメチルとの体積比率47.5:47.5:5の混合溶媒に、溶質としてのリチウムトリフルオロメタンスルホン酸イミド(LiN(CF3SO2)2)を1モル/リットル溶かして、非水電解液を調製した。
【0022】
〔電池の組立〕
上記の正極、負極及び非水電解液を使用して、扁平形の本発明電池A1(リチウム二次電池;電池寸法:外径24mm、厚さ3mm)を組み立てた。なお、セパレータとしては、ポリプロピレン製の微多孔膜を使用し、これに非水電解液を含浸させた。
【0023】
図1は、組み立てた本発明電池A1の模式的断面図であり、図示の本発明電池A1は、負極1、正極2、これら両電極1,2を互いに離間するセパレータ3、負極缶4、正極缶5、負極集電体〔ステンレス鋼板(SUS304)〕6、正極集電体〔ステンレス鋼板(SUS316)〕7及びポリプロピレン製の絶縁パッキング8などからなる。なお、以下の実施例及び比較例の電池の放電容量は全て90〜100mAhであった。
【0024】
負極1及び正極2は、非水電解液を含浸したセパレータ3を介して対向して正負極両極缶5,4が形成する電池ケース内に収納されており、正極2は正極集電体7を介して正極缶5に、また負極1は負極集電体6を介して負極缶4に接続され、電池内部に生じた化学エネルギーを正極缶5及び負極缶4の両端子から電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
充放電する前の電池の内部抵抗を測定したところ、約10Ωであった。なお、以下の実施例及び比較例の電池の内部抵抗も全て約10Ωであった。
【0025】
(実施例1−2)
非水電解液の添加剤として、亜リン酸トリエチルを使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池A2を組み立てた。
【0026】
(実施例1−3)
非水電解液の添加剤として、亜リン酸トリ−n−プロピルを使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池A3を組み立てた。
【0027】
(実施例1−4)
非水電解液の添加剤として、亜リン酸トリ−n−ブチルを使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池A4を組み立てた。
【0028】
(比較例1−1)
非水電解液に添加剤(亜リン酸トリアルキル)を添加しないこと以外は実施例1−1と同様にして、比較電池X1を組み立てた。
【0029】
〔充放電サイクル試験〕
本発明電池A1〜A4及び比較電池X1を充放電電流10mA、充電終止電圧3.2V、放電終止電圧2.0Vで充放電を繰り返し、初期の放電容量の半分に低下するまでのサイクル数を測定した。測定したサイクル数を表1に示す。なお、表中の溶質の1Mは1モル/リットルである。
【0030】
【表1】
Figure 0003825604
【0031】
表1より、亜リン酸トリアルキルを電解液に添加しない比較電池X1では、サイクル数が20回であるのに対して、亜リン酸トリアルキルを電解液に添加した本発明電池A1〜A4では、サイクル数が増加している。亜リン酸トリアルキルがリチウム−マンガン複合酸化物と反応し、リチウム−マンガン複合酸化物上にリン化合物の被膜が生成し、充放電サイクル時の電解液とリチウム−マンガン複合酸化物との副反応が抑制されるため、優れた充放電サイクル特性が得られると考えられる。
【0032】
(実施例2−1)
添加剤として、亜リン酸トリメチル0.2体積%を電解液に添加すること以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池B1を組み立てた。
【0033】
(実施例2−2)
添加剤として、亜リン酸トリメチル1体積%を電解液に添加すること以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池B2を組み立てた。
【0034】
(実施例2−3)
添加剤として、亜リン酸トリメチル2体積%を電解液に添加すること以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池B3を組み立てた。
【0035】
(実施例2−4)
添加剤として、亜リン酸トリメチル5体積%を電解液に添加し、実施例1−1と同様にして、本発明電池B4(本発明電池A1)を組み立てた。
【0036】
(実施例2−5)
添加剤として、亜リン酸トリメチル10体積%を電解液に添加すること以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池B5を組み立てた。
【0037】
(実施例2−6)
添加剤として、亜リン酸トリメチル15体積%を電解液に添加すること以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池B6を組み立てた。
【0038】
〔充放電サイクル試験〕
本発明電池B1〜B6を先と同じ条件で充放電サイクルを行った。結果を下記の表2に示す。
【0039】
【表2】
Figure 0003825604
【0040】
表2より、電解液に対する体積割合が体積%未満になると、十分な被膜ができなくなる傾向にあり、15体積%を超えると、リン化合物の被膜が厚過ぎて、充放電反応が起こりにくくなる傾向にあると考えられる。従って、亜リン酸トリアルキルが〜15体積%であるときに、特に優れた充放電サイクル特性を示すと考えられる。
【0041】
参考例3−1)
正極活物質として、水酸化リチウム(LiOH)と酸化ホウ素(B23)と二酸化マンガン(MnO2)とを、Li:B:Mnの原子比0.50:0:1.00で混合し、空気中にて375℃で20時間熱処理して得たホウ素を含有しないリチウム−マンガン複合酸化物を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池C1を組み立てた。
【0042】
(実施例3−2)
正極活物質として、水酸化リチウム(LiOH)と酸化ホウ素(B23)と二酸化マンガン(MnO2)とを、Li:B:Mnの原子比0.51:0.01:1.00で混合し、空気中にて375℃で20時間熱処理して得たホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池C2を組み立てた。
【0043】
(実施例3−3)
正極活物質として、水酸化リチウム(LiOH)と酸化ホウ素(B23)と二酸化マンガン(MnO2)とを、Li:B:Mnの原子比0.53:0.06:1.00で混合し、空気中にて375℃で20時間熱処理して得たホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物を使用し、実施例1−1と同様にして、本発明電池C3(本発明電池A1)を組み立てた。
【0044】
(実施例3−4)
正極活物質として、水酸化リチウム(LiOH)と酸化ホウ素(B23)と二酸化マンガン(MnO2)とを、Li:B:Mnの原子比0.55:0.10:1.00で混合し、空気中にて375℃で20時間熱処理して得たホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池C4を組み立てた。
【0045】
(実施例3−5)
正極活物質として、水酸化リチウム(LiOH)と酸化ホウ素(B23)と二酸化マンガン(MnO2)とを、Li:B:Mnの原子比0.60:0.20:1.00で混合し、空気中にて375℃で20時間熱処理して得たホウ素含有リチウム−マンガン複合酸化物を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池C5を組み立てた。
【0046】
〔充放電サイクル試験〕
本発明電池C〜C5及び参考電池C1を先と同じ条件で充放電サイクルを行った。結果を表3に示す。
【0047】
【表3】
Figure 0003825604
【0048】
表3より、本発明におけるリチウム−マンガン複合酸化物が、リチウム−マンガン複合酸化物に原子比(B/Mn)0.01〜0.20のホウ素またはホウ素化合物を固溶させたものであると、特に優れた充放電特性を示すことがわかる。これは、充電したときにも正極活物質が分解せず、分解生成物が非水電解液中に溶出しないためと考えられる。
【0049】
(実施例4−1)
非水電解液の溶質として、リチウムトリフルオロメタンスルホン酸イミド(LiN(CF3SO2)2)を使用し、実施例1−1と同様にして、本発明電池D1(本発明電池A1)を組み立てた。
【0050】
(実施例4−2)
非水電解液の溶質として、リチウムペンタフルオロエタンスルホン酸イミド(LiN(C25SO2)2)を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池D2を組み立てた。
【0051】
(実施例4−3)
非水電解液の溶質として、リチウムトリフルオロメタンスルホン酸メチド(LiC(CF3SO2)3)を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、本発明電池D3を組み立てた。
【0052】
参考例4−4)
非水電解液の溶質として、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池D4を組み立てた。
【0053】
参考例4−5)
非水電解液の溶質として、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池D5を組み立てた。
【0054】
参考例4−6)
非水電解液の溶質として、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池D6を組み立てた。
【0055】
参考例4−7)
非水電解液の溶質として、ヘキサフルオロ砒酸リチウム(LiAsF6)を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池D7を組み立てた。
【0056】
参考例4−8)
非水電解液の溶質として、過塩素酸リチウム(LiClO4)を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池D8を組み立てた。
【0057】
〔充放電サイクル試験〕
本発明電池D1〜D3及び参考電池D4〜D8を先と同じ条件で充放電サイクルを行った。結果を表4に示す。
【0058】
【表4】
Figure 0003825604
【0059】
表4より、LiCF3SO3、LiPF6、LiBF4,LiAsF6、LiClO4を溶質に用いた参考電池D4〜D8では、サイクル数が40回以下であるのに対して、LiN(CF3SO2)2,LiN(C25SO2)2、LiC(CF3SO2)3を溶質に用いた本発明電池D1〜D3では、サイクル数が増加していることがわかる。また、このような充放電サイクル特性を向上させる効果は、特にLiN(CF3SO2)2において優れていることがわかる。
【0060】
参考例5−1)
非水電解液の溶媒として、エチレンカーボネート(EC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E1を組み立てた。
【0061】
参考例5−2)
非水電解液の溶媒として、ブチレンカーボネート(BC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E2を組み立てた。
【0062】
参考例5−3)
非水電解液の溶媒として、ビニレンカーボネート(VC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E3を組み立てた。
【0063】
参考例5−4)
非水電解液の溶媒として、γ−ブチロラクトン(γ−BL)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E4を組み立てた。
【0064】
参考例5−5)
非水電解液の溶媒として、スルホラン(SL)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E5を組み立てた。
【0065】
参考例5−6)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)と1,2−ジエトキシエタン(DEE)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E6を組み立てた。
【0066】
参考例5−7)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)と1,2−エトキシメトキシエタン(EME)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E7を組み立てた。
【0067】
参考例5−8)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とテトラヒドロフラン(THF)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E8を組み立てた。
【0068】
参考例5−9)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)と1,3−ジオキソラン(DOXL)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E9を組み立てた。
【0069】
参考例5−10)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(DMC)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E10を組み立てた。
【0070】
参考例5−11)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DEC)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E11を組み立てた。
【0071】
参考例5−12)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との体積比率47.5:47.5の混合溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E12を組み立てた。
【0072】
参考例5−13)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E13を組み立てた。
【0073】
参考例5−14)
非水電解液の溶媒として、エチレンカーボネート(EC)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E14を組み立てた。
【0074】
参考例5−15)
非水電解液の溶媒として、ブチレンカーボネート(BC)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E15を組み立てた。
【0075】
参考例5−16)
非水電解液の溶媒として、ビニレンカーボネート(VC)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E16を組み立てた。
【0076】
参考例5−17)
非水電解液の溶媒として、γ−ブチロラクトン(γ−BL)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E17を組み立てた。
【0077】
参考例5−18)
非水電解液の溶媒として、スルホラン(SL)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E18を組み立てた。
【0078】
参考例5−19)
非水電解液の溶媒として、1,2−ジメトキシエタン(DME)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E19を組み立てた。
【0079】
参考例5−20)
非水電解液の溶媒として、1,2−ジエトキシエタン(DEE)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E20を組み立てた。
【0080】
参考例5−21)
非水電解液の溶媒として、1,2−エトキシメトキシエタン(EME)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E21を組み立てた。
【0081】
参考例5−22)
非水電解液の溶媒として、テトラヒドロフラン(THF)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E22を組み立てた。
【0082】
参考例5−23)
非水電解液の溶媒として、1,3−ジオキソラン(DOXL)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E23を組み立てた。
【0083】
参考例5−24)
非水電解液の溶媒として、ジメチルカーボネート(DMC)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E24を組み立てた。
【0084】
参考例5−25)
非水電解液の溶媒として、ジエチルカーボネート(DEC)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E25を組み立てた。
【0085】
参考例5−26)
非水電解液の溶媒として、エチルメチルカーボネート(EMC)の単独溶媒を使用したこと以外は実施例1−1と同様にして、参考電池E26を組み立てた。
【0086】
〔充放電サイクル試験〕
本発明電池A1及び参考電池E1〜E26を先と同じ条件で充放電サイクル特性を測定した。結果を表5に示す。
【0087】
【表5】
Figure 0003825604
【0088】
表5に示すように、非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネートと、1,2−ジメトキシエタンとからなる混合溶媒を用いた電池A1では、特に優れた充放電サイクル特性を示している。
【0089】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた充放電サイクル特性を示し、極めて信頼性の高いリチウム二次電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う一実施例の扁平形リチウム二次電池を示す模式的断面図。
【符号の説明】
1…負極
2…正極
3…セパレータ
4…負極缶
5…正極缶
6…負極集電体
7…正極集電体
8…絶縁パッキング

Claims (4)

  1. リチウムを活物質とする負極と、リチウム−マンガン複合酸化物を活物質とする正極と、溶質及び溶媒からなる非水電解液とを備えたリチウム二次電池であって、前記リチウム−マンガン複合酸化物が、リチウムとマンガンとの複合酸化物にホウ素またはホウ素化合物を固溶させたものであり、前記溶質が、リチウムトリフルオロメタンスルホン酸イミド、リチウムペンタフルオロエタンスルホン酸イミドあるいはリチウムトリフルオロメタンスルホン酸メチドであり、前記溶媒が、プロピレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンと亜リン酸トリアルキルとからなる混合溶媒であることを特徴とするリチウム二次電池。
  2. 前記亜リン酸トリアルキルの溶媒全体に対する体積割合が〜15体積%である請求項1に記載のリチウム二次電池。
  3. 前記リチウム−マンガン複合酸化物中のマンガンに対するホウ素の原子比が0.01〜0.20である請求項1または2に記載のリチウム二次電池。
  4. 前記負極がリチウムとアルミニウムとの合金である請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウム二次電池。
JP2000055671A 2000-03-01 2000-03-01 リチウム二次電池 Expired - Fee Related JP3825604B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000055671A JP3825604B2 (ja) 2000-03-01 2000-03-01 リチウム二次電池
US09/797,051 US6482549B2 (en) 2000-03-01 2001-02-27 Rechargeable lithium battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000055671A JP3825604B2 (ja) 2000-03-01 2000-03-01 リチウム二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001243981A JP2001243981A (ja) 2001-09-07
JP3825604B2 true JP3825604B2 (ja) 2006-09-27

Family

ID=18576757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000055671A Expired - Fee Related JP3825604B2 (ja) 2000-03-01 2000-03-01 リチウム二次電池

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6482549B2 (ja)
JP (1) JP3825604B2 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6939647B1 (en) * 2001-02-13 2005-09-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Non-aqueous electrolyte solutions and non-aqueous electrolyte cells comprising the same
JP2004014351A (ja) * 2002-06-07 2004-01-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
JP4033720B2 (ja) * 2002-06-19 2008-01-16 三洋電機株式会社 リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
WO2006049027A1 (ja) * 2004-11-04 2006-05-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 表面実装用端子付き二次電池
KR101104664B1 (ko) 2005-02-14 2012-01-13 에이지씨 세이미 케미칼 가부시키가이샤 리튬 2 차 전지 양극용의 리튬 함유 복합 산화물의 제조방법
EP1879252A4 (en) * 2005-04-19 2010-06-23 Panasonic Corp WATER-FREE ELECTROLYTE SOLUTION, ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE DEVICE THEREFOR AND SECONDARY BATTERY WITH A WATER-FREE ELECTROLYTE
US20070077496A1 (en) * 2005-10-05 2007-04-05 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US7638243B2 (en) * 2006-03-22 2009-12-29 Novolyte Technologies Inc. Stabilized nonaqueous electrolytes for rechargeable batteries
JP2010044883A (ja) * 2008-08-08 2010-02-25 Mitsui Chemicals Inc 非水電解液及びリチウム二次電池
KR101147240B1 (ko) * 2009-11-10 2012-05-21 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
US8993177B2 (en) * 2009-12-04 2015-03-31 Envia Systems, Inc. Lithium ion battery with high voltage electrolytes and additives
JP5723186B2 (ja) * 2010-03-19 2015-05-27 株式会社半導体エネルギー研究所 非水電解液、およびリチウムイオン二次電池
US10411299B2 (en) 2013-08-02 2019-09-10 Zenlabs Energy, Inc. Electrolytes for stable cycling of high capacity lithium based batteries
KR101959152B1 (ko) * 2014-11-28 2019-03-15 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 비수계 전해질 이차 전지용 정극 활물질과 그 제조 방법, 및 비수계 전해질 이차 전지
JP6807010B2 (ja) * 2015-06-18 2021-01-06 日本電気株式会社 リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、リチウム二次電池及びこれらの製造方法
EP3258521B1 (de) * 2016-06-14 2020-11-04 VARTA Microbattery GmbH Lithium-primärzelle mit dme-freiem elektrolyten
KR20180129492A (ko) 2017-05-26 2018-12-05 삼성전자주식회사 포스파이트계 첨가제를 포함하는 리튬이차전지
US11973178B2 (en) 2019-06-26 2024-04-30 Ionblox, Inc. Lithium ion cells with high performance electrolyte and silicon oxide active materials achieving very long cycle life performance
CN113161612B (zh) * 2021-03-31 2022-07-22 松山湖材料实验室 锂离子电池用非水电解液及包含其的锂离子电池

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS593871A (ja) * 1982-06-29 1984-01-10 Showa Denko Kk 電池
JPH0746608B2 (ja) 1986-10-30 1995-05-17 三洋電機株式会社 非水系二次電池
JPH07114125B2 (ja) 1988-03-15 1995-12-06 三洋電機株式会社 非水系二次電池
JPH0714610A (ja) * 1993-06-28 1995-01-17 Fuji Photo Film Co Ltd 非水二次電池
JP3229769B2 (ja) 1994-03-08 2001-11-19 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
US5569558A (en) 1995-06-05 1996-10-29 Wilson Greatbatch Ltd. Reduced voltage delay additive for nonaqueous electrolyte in alkali metal electrochemical cell
JPH09320634A (ja) 1996-05-29 1997-12-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 有機電解液二次電池
JP3959774B2 (ja) * 1997-03-04 2007-08-15 三菱化学株式会社 非水電解液及びそれを用いた二次電池
US6096447A (en) 1997-11-05 2000-08-01 Wilson Greatbatch Ltd. Phosphonate additives for nonaqueous electrolyte in alkali metal electrochemical cells

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001243981A (ja) 2001-09-07
US6482549B2 (en) 2002-11-19
US20020009644A1 (en) 2002-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3825604B2 (ja) リチウム二次電池
JP5078334B2 (ja) 非水電解質二次電池
US5561006A (en) Chargeable lithium electrochemical cell and method of manufacting it
JP7215423B2 (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、非水系電解質二次電池とその製造方法
US6589697B2 (en) Rechargeable lithium battery with Li-Al-Mn negative electrode and electrolyte containing trialkyl phosphite, phosphate or borate or dialkyl sulfate or sulfite
US20090068560A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
EP1443575A1 (en) Positive plate material and cell comprising it
JPH09330720A (ja) リチウム電池
US5578395A (en) Lithium secondary battery
JP2004014270A (ja) 二次電池
JP3426689B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP3649996B2 (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質
JP3717544B2 (ja) リチウム二次電池
JP2002231309A (ja) リチウム二次電池
JPH07254436A (ja) リチウム二次電池とその製造方法
JP3639468B2 (ja) リチウム二次電池
JP3802287B2 (ja) リチウム二次電池
JP4082853B2 (ja) リチウム二次電池
JP4248258B2 (ja) リチウム二次電池
JP3229769B2 (ja) リチウム二次電池
JP3050885B2 (ja) 非水溶媒二次電池及びその製造方法
KR100555972B1 (ko) 캐소드 활물질 및 이를 채용하고 있는 리튬 2차전지
JP3637690B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP3670895B2 (ja) リチウム二次電池
US7101641B2 (en) Lithium primary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040513

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060307

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060419

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060620

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060630

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090707

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110707

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120707

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130707

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees