JP5662746B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を有する正極と、
黒鉛を含む負極活物質を有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在し、プロピレンカーボネートを含む非水溶媒と、一般式(1)で表される化合物を含み、非水電解液中の前記一般式(1)で表される化合物の量をA(mol)、前記黒鉛の表面積をB(m2)とすると、0.5×10-4≦A/B≦5.0×10-4を満たす非水電解液と、
を備えたものである。
[実施例1]
正極活物質としてLiNi0.75Co0.15Al0.05Mg0.05O2を各金属の硝酸塩を原料として周知の共沈法で合成した。この正極活物質を85重量%、導電材としてのカーボンブラックを10重量%、結着材としてのポリフッ化ビニリデンを5重量%混合し、分散材としてN−メチル−2−ピロリドンを適量添加、分散してスラリー状合材とした。これらスラリー状合材を20μm厚のアルミニウム箔集電体の両面に均一に塗布し、加熱乾燥させて塗布シートを作製した。その後、塗布シートをロールプレスに通して高密度化させ、52mm×450mmに切り出して正極シート(正極電極)とした。次に、負極活物質として人造黒鉛(大阪ガスケミカル製)を用い、この負極活物質を95重量%、結着材としてのポリフッ化ビニリデンを5重量%混合し、分散材としてN−メチル−2−ピロリドンを適量添加、分散してスラリー状合材とした。この人造黒鉛は、BETによって測定した比表面積が1.35m2/gであった。これらスラリー状合材を10μm厚の銅箔集電体の両面に均一に塗布し、加熱乾燥させて塗布シートを作製した。その後塗布シートをロールプレスに通して高密度化させ、54mm×500mmに切り出して負極シート(負極電極)とした。この負極電極中の黒鉛重量は3.0gであった。このようにして作製した正極シート及び負極シートを25μm厚のポリエチレン製セパレータを挟んで捲回し、ロール状電極体を作製して18650型円筒ケースに挿入した。次に、LiPF6を1mol/lとなるように溶解したポリカーボネート(PC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを等体積で混合した非水溶媒に、一般式(1)におけるMがLiである化合物(以下LPFOとも称する)を0.30mmol溶解して非水電解液を調整した。そして、調製した非水電解液を上述した18650型円筒ケースに含浸させ、密閉して円筒形の電池を作製した。このようにして実施例1の電池を得た。
LPFOが0.45mmolとなるように溶解して非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の電池を得た。また、LPFOが0.60mmolとなるように溶解して非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の電池を得た。また、LPFOが0.90mmolとなるように溶解して非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例4の電池を得た。また、LPFOが1.50mmolとなるように溶解して非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例5の電池を得た。
LPFOを加えないで非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の電池を得た。また、LPFOが0.09mmolとなるように溶解して非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例2の電池を得た。また、LPFOが2.10mmolとなるように溶解して非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例3の電池を得た。また、LPFOが2.70mmolとなるように溶解して非水電解液を調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例4の電池を得た。
上述のように作製した電池を、20℃の温度条件下で、電流密度2mA/cm2の定電流で充電上限電圧4.1Vまで充電を行い、次いで、電流密度2mA/cm2の定電流で放電下限電圧3.0Vまで放電を行う充放電を行った。このとき、充電容量(mAh/g)および放電容量(mAh/g)を測定し、放電容量を充電容量で除したものに100を乗じて充放電効率(%)を求めた。表1には、実施例1〜5及び比較例1〜4の充放電試験の結果を示した。また、LPFO量をA(mol)、人造黒鉛の表面積をB(m2)で表したときのA/Bの値も示した。図2には、A/Bと充放電効率との関係を表すグラフを示した。
A/Bが0.5×10-4未満である比較例1,2では、充放電反応が進行しなかった。また、A/Bが5.0×10-4より大きい比較例3,4では、充放電反応は進行したものの、充放電効率が90%未満であった。これに対し、A/Bが0.5×10-4以上5.0×10-4以下の実施例1〜5では、90%以上の高い充放電効率が得られた。このように、実施例1〜5で高い充放電効率が得られた理由としては、A/Bが0.5×10-4以上であれば、非水電解液中のPCの分解を抑制可能であり、A/Bが5.0×10-4以下であれば、活物質表面に形成される被膜の厚さが厚くなり過ぎず充放電効率の低下を抑制可能なためと推察された。更に、図2より、A/Bが1.0×10-4以上2.3×10-4以下であれば、充放電効率が95%以上のより高い充放電効率が得られることが分かった。また、実施例1〜5より、負極活物質として黒鉛を用いたものであっても、充放電反応が良好に進行し、高い充放電効率が得られることが分かった。このことから、このリチウムイオン二次電池は、低結晶性炭素を黒鉛表面に被覆する必要があり黒鉛表面に被覆した低結晶性炭素の脱落等を防止する目的で電解液にLiBOBを添加する特許文献1に記載の電池とは異なる機構で充放電効率を高めているものと推察された。また、電解液溶媒中のPCが50体積%という高い濃度でも充放電反応が良好に進行し、高い充放電効率が得られることが分かった。さらに、電解液溶媒中のPCが多いほどPCの分解などの抑制が困難となり充放電効率が低下する傾向があると考えられるため、電解液溶媒中のPCが50体積%以下(例えば30体積%など)であれば、より高い充放電効率が得られるものと推察された。このような効果が得られる理由としては、例えば、PFOがフッ素を有していること、PFOが2つの環状構造を有していること、A/Bの範囲が適切であることなどによって、より好適なSEI被膜が活物質表面に形成されているためと推察された。以上より、本発明のリチウムイオン二次電池では、高い充放電効率が得られるなど、電池特性を高めることができることが分かった。
Claims (3)
- 前記非水電解液は、1.0×10-4≦A/B≦2.3×10-4を満たすものである、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記非水溶媒は、プロピレンカーボネートを30体積%以上含むものである、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。
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