JP5779201B2 - リチウム電池 - Google Patents
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Description
(式中、Rとしては:
または
が挙げられる)
で表される。
(式中、Rは、例えば、
または
である)
で表される。
8重量部の黒鉛および4重量部のNaNO3と560体積部の濃縮H2SO4を2時間撹拌する。次に、32重量部のKMnO4を上記混合物に添加し、これを次に氷浴中で2時間冷却する。次に、800体積部の脱イオン水での希釈後、5%過酸化水素を添加する。上記混合物が褐色になれば、黒鉛は完全に酸化している。次に、酸化黒鉛スラリーを脱イオン水に分散させ、0.1M塩酸をこれに添加し、硫酸イオンを除去する。次に、脱イオン水で洗浄後の酸化黒鉛スラリーのpH値は約5となる。次に、オーブン中80℃で24時間加熱することで、グラフェン粉末が得られる。次に、高温炉において300℃および15%H2/85%N2の雰囲気下で2時間加熱処理を行い、フェノール基、キノン基、ピロン基、ピラン基またはラクトン基を含有するグラフェン粉末(GNS−300)を生成する。
比較例1のリチウム電池と実施例のリチウム電池とは、電解質溶液中の成分が異なる。比較例1の電解質溶液の成分は:2体積部の炭酸プロピレン(PC)、3体積部の炭酸エチレン(EC)および5体積部の炭酸ジエチル(DEC)を混合することにより形成される有機溶媒;リチウム塩(1M LiPF6);ならびに添加剤(ビスマレイミドおよび炭酸ビニレン)を含む。ここで、ビスマレイミドの構造式は式2のとおりであり、電解質溶液中のビスマレイミドの含有量は0.1重量%であり、電解質溶液中の炭酸ビニレンの含有量は2重量%である。次に、負極および正極を隔離フィルムで分離し、上記電解質溶液を乾燥室環境において負極と正極との間の溶液領域に投入する。ここで、水の含有量はカール・フィッシャー水分計により20ppmである。実施例との比較において、比較例1の電解質溶液は無水電解質溶液とする。
比較例2のリチウム電池と実施例のリチウム電池とは、電解質溶液中の成分が異なる。比較例2の電解質溶液の成分は:2体積部の炭酸プロピレン(PC)、3体積部の炭酸エチレン(EC)および5体積部の炭酸ジエチル(DEC)を混合することにより形成される有機溶媒;ならびにリチウム塩(1M LiPF6)を含む。次に、負極および正極を隔離フィルムで分離し、上記電解質溶液を乾燥室環境において負極と正極との間の溶液領域に投入する。ここで、水の含有量はカール・フィッシャー水分計により20ppmである。実施例との比較において、比較例2の電解質溶液は添加剤を含まない無水電解質溶液とする。
比較例3のリチウム電池と実施例のそれは負極の材料が異なる。比較例3におけるリチウム電池の負極材料の調製方法について以下に記載する。
比較例4のリチウム電池と比較例3のリチウム電池とは、電解質溶液の成分が異なる。比較例4の電解質溶液の成分は:2体積部の炭酸プロピレン(PC)、3体積部の炭酸エチレン(EC)および5体積部の炭酸ジエチル(DEC)を混合することにより形成される有機溶媒;ならびにリチウム塩(1M LiPF6)を含む。次に、負極および正極を隔離フィルムで分離し、上記電解質溶液を乾燥室環境において負極と正極との間の溶液領域に投入する。ここで、水の含有量はカール・フィッシャー水分計により20ppmである。比較例3との比較において、比較例4の電解質溶液は添加剤を含まない無水電解質溶液である。
[A.電池容量]
実施例および比較例1〜比較例4のリチウム電池を、一定の電流/電圧で充電および放電する。まず、リチウム電池を、電流が0.1mA以下になるまで、0.1mA/cm2の一定電流で0.005Vまで充電する。次に、リチウム電池を0.1mA/cm2の一定電流でカットオフ電圧(3.5V)まで放電する。実施例および比較例1〜比較例4のリチウム電池のグラム当たりの容量(1グラム当たりのミリアンプ時間、mAh/g)および効率を以下の表1に示す。
実施例および比較例1〜比較例4のリチウム電池を、一定の電流/電圧で充電および放電する。まず、リチウム電池を、電流が0.1mA以下になるまで、0.1mA/cm2の一定電流で0.005Vまで充電する。次に、リチウム電池を0.1mA/cm2の一定電流でカットオフ電圧(3.5V)まで放電する。上記工程を10回繰り返す。実施例および比較例1〜比較例4のリチウム電池のグラム当たりの容量(1グラム当たりのミリアンプ時間、mAh/g)を以下の表1に示す。また、図2は本発明の実施例および比較例1〜4のリチウム電池の充放電サイクル数と電池容量との関係曲線を示す図である。
102:負極
104:正極
106:隔離フィルム
108:電解質溶液
110:溶液領域
112:ハウジング構造
Claims (9)
- 酸素含有官能基を有する材料であって、炭化物による材料を含む、負極;
該負極とは別々に構成され、該負極との間に溶液領域が画定される、正極;
水、有機溶媒、電解質および添加剤を含み、該溶液領域に設けられる、電解質溶液;ならびに
該負極と、該正極と共に該電解質溶液をシールする、ハウジング構造
を含むリチウム電池であって、
前記酸素含有官能基が、フェノール基、キノン基、ピロン基、ピラン基、ラクトン基またはこれらの組み合わせを含み、
前記添加剤が、マレイミド、ポリマレイミド、ビスマレイミド、ポリビスマレイミド、ビスマレイミドおよびマレイミドのコポリマー、炭酸ビニレンまたはこれらの混合物を含み、
前記水の含有量が20ppmよりも多くかつ300ppm以下である、リチウム電池。 - 前記正極が、リチウム金属、リチウム混合金属酸化物またはこれらの組み合わせを含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記マレイミドは、N−フェニルマレイミド、N−(o−メチルフェニル)−マレイミド、N−(m−メチルフェニル)−マレイミド、N−(p−メチルフェニル)−マレイミド、N−シクロへキシルマレイミド、マレイミド、マレイミドフェノール、マレイミドベンゾシクロブテン、リン含有マレイミド、リン酸含有マレイミド、シロキサン含有マレイミド、N−(4−テトラヒドロピラニル−オキシフェニル)マレイミド、または2,6−キシリルマレイミドを含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記ビスマレイミドの構造式が、式1:
(式中、Rとしては
または
が挙げられる)
で表される、請求項1に記載のリチウム電池。 - 前記添加剤の含有量が0.05重量%〜0.5重量%である、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記有機溶媒の含有量が95重量%〜99重量%である、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記電解質の含有量が30重量%〜40重量%である、請求項1に記載のリチウム電池。
- 負極および/または正極と別々に反応するポリマー結合剤をさらに含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記負極の材料が、さらに金属酸化物を含む、請求項1に記載のリチウム電池。
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