JP5072056B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Description
以下に示すようにして電極の作製と非水電解液の調製を行い、図1および図2に示したものと同様の構造の非水電解液二次電池を作製した。
正極は次のようにして作製した。まず、層状構造リチウム含有複合酸化物
であるLi1.02Ni1/3Mn1/3Co1/3O2(正極活物質)94質量部に、導電助剤としてカーボンブラックを3質量部加えて混合し、この混合物にポリフッ化ビニリデン3質量部をNMPに溶解させた溶液を加えて混合して正極合剤含有スラリーとし、70メッシュの網を通過させて粒径が大きなものを取り除いた。この正極合剤含有スラリーを厚みが15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗付して乾燥し、その後、ロールプレス機により圧縮成形して総厚さを136μmにした後、切断し、アルミニウム製のリード体を溶接して、帯状の正極を作製した。
非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、およびジエチルカーボネート(DEC)の体積比10:10:30の混合溶媒にLiPF6を1.0mol/lの濃度で溶解させたものに、ビニレンカーボネートを非水電解液の全質量に対して2.0質量%、およびプロパンスルホン酸エチルを非水電解液の全質量に対して1.0質量%となるように添加したものを用いた。
上記帯状の正極を、厚みが20μmの微孔性ポリエチレンセパレータ(空隙率:41%)を介して、上記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極巻回体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が縦(厚み)4.0mm、横34mm、高さ50mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに上記電極巻回体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた電解液注入口から上記非水電解液を注入し、1時間静置した。なお、本実施例の非水電解液二次電池では、4.4Vまで充電した場合(正極の電位がLi基準で4.5V)の設計電気容量は、820mAhとした。ちなみに上記の非水電解液二次電池の4.2Vまで充電した場合(正極の電位がLi基準で4.3V)の設計電気容量は、720mAhである。
プロパンスルホン酸エチルを添加しなかった以外は実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた他は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
正極活物質を、0.5モル%のZrを含有するLiCoO2に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNiO2に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
プロパンスルホン酸エチルに代えて、ブタンスルホン酸無水物(実施例2)、ブタンペンタンスルホン酸無水物(実施例3)、プロパンブタンスルホン酸メチル(実施例4)、ブタンスルホン酸メチル(実施例5)、ブタンスルホン酸エチル(実施例6)、ペンタンスルホン酸メチル(実施例7)またはヘキサンスルホン酸エチル(実施例8)を、それぞれ非水電解液の全質量に対して0.5質量%となるように添加した以外は実施例1と同様にして非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた他は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
非水電解液の全質量に対するビニレンカーボネートの添加量を、表3に示すように変更した以外は実施例5と同様にして非水電解液を調製し、これらの非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
実施例1〜15および比較例1〜4の各電池を、20℃において410mA (0.5C)で4.4Vになるまで充電し、さらに4.4Vの定電圧で3時間充電して満充電とし、この時の電池の厚みを測定した。その後、20℃において1Cで3Vまで放電して貯蔵前の放電容量を測定した。また、実施例1と同じ構成の電池について、上記の充電条件のうち、充電電圧のみを4.2Vに変更して、これを参考例とした。
実施例1〜15および比較例1〜4の各電池について、上記高温貯蔵特性試験を行っていない別の電池を、20℃において、0.5Cで4.4Vになるまで充電し、さらに4.4Vの定電圧で3時間充電して満充電とし、その後、1Cで3Vまで放電する充放電サイクルを200回繰り返し、1サイクル目の放電容量と200サイクル目の放電容量を測定した。続いて、1サイクル目の放電容量と200サイクル目の放電容量を用いて、下記式により容量維持率を算出し、充放電サイクル特性を評価した。
容量維持率(%)
=(200サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
また、実施例1と同じ構成の電池について、上記の充電条件のうち、充電電圧のみを4.2Vに変更して、これを参考例とした。
実施例1〜15および比較例1〜4の各電池について、上記の各試験を行っていない別の電池を、20℃において、0.5Cで4.4Vになるまで充電し、さらに4.4Vの定電圧で3時間充電して満充電とし、これらの電池について、最大電圧12Vで1Cの電流値で3時間充電して、電流、電圧、電池温度をモニターしながら破裂発火の有無を確認した。安全性試験は、各実施例、比較例毎に3個の電池について実施した。また、実施例1と同じ構成の電池について、上記の充電条件のうち、充電電圧のみを4.2Vに変更して、これを参考例とした。
正極活物質として、0.5モル%のZrを含有するLiCoO2と、スピネルマンガン(LiMn2O4)とを、50:50(質量比)の組成で含有する混合物を用い、また、プロパンスルホン酸メチルに代えて、ブタンスルホン酸メチルを用い、その非水電解液全質量に対する含有量を表4に示すように変更して調製した非水電解液を用いた他は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。なお、これらの電池の4.4Vまで充電した際(正極の電位がLi基準で4.5V)の設定電気容量は、750mAhとした。
2 電池ケース
3 蓋板
4 絶縁パッキング
5 端子
6 正極
7 負極
8 セパレータ
9 電極巻回体
10 絶縁体
11 正極リード体
12 負極リード体
13 絶縁体
14 リード板
Claims (5)
- 正極、負極、セパレータおよび非水電解液を備え、充電後の正極の電位がLi基準で4.35V以上である非水電解液二次電池であって、
上記正極は、マンガンを構成元素として含む層状構造のリチウム含有複合酸化物またはマンガンを構成元素として含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を活物質として含有しており、
上記負極は、(002)面の面間隔d002が0.337nm以下の黒鉛を活物質として含有しており、
上記非水電解液に、ビニレンカーボネートを0.3〜5質量%含有し、下記一般式(1)で表されるスルホン酸無水物を0.2〜5質量%含有するものを用いたことを特徴とする非水電解液二次電池。
- 正極、負極、セパレータおよび非水電解液を備え、充電後の正極の電位がLi基準で4.35V以上である非水電解液二次電池であって、
上記正極は、マンガンを構成元素として含む層状構造のリチウム含有複合酸化物またはマンガンを構成元素として含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を活物質として含有しており、
上記負極は、(002)面の面間隔d002が0.337nm以下の黒鉛を活物質として含有しており、
上記非水電解液に、ビニレンカーボネートを0.3〜5質量%含有し、下記一般式(2)で表されるスルホン酸エステル誘導体を0.2〜5質量%含有するものを用いたことを特徴とする非水電解液二次電池。
- 上記層状構造のリチウム含有複合酸化物が、リチウム・マンガン・ニッケル・コバルト含有複合酸化物、または、MnとNiを1:1で含有し且つCo、Al、Ti、ZrおよびZnから選ばれる少なくとも1種の元素を含有するリチウム含有複合酸化物である請求項1または2に記載の非水電解液二次電池。
- 上記層状構造のリチウム含有複合酸化物が、LixNi1/3Mn1/3Co1/3O2、またはLixNi5/12Mn5/12Co1/6O2(いずれも、0<x≦1.1)である請求項3に記載の非水電解液二次電池。
- 上記スピネル構造のリチウム含有複合酸化物が、LiyMn2O4(0.98<y≦1.1)、またはMnを含有し且つGe、Zr、Mg、Ni、AlおよびCoより選ばれる少なくとも1種の元素を含有するリチウム含有複合酸化物である請求項1または2に記載の非水電解液二次電池。
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