JP5879344B2 - リチウム二次電池 - Google Patents
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Description
また、前記芳香族化合物は、(式1),(式2)、またはベンゼンであるリチウムイオン二次電池。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、本実施例の結果を表1にまとめた。
<正極>
コバルト酸リチウム,導電材炭素,ポリフッ化ビニリデンを95:2.5:2.5重量%の割合で混合し、N−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、スラリー状の溶液を作製した。該スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。
人造黒鉛とポリフッ化ビニリデンを95:5重量%の割合で混合し、N−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、スラリー状の溶液を作製した。該スラリーを厚さ20μmの銅箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。
N−メチルピロリドンに、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを3wt%の濃度になるように加えた。その溶液に、炭酸ガス発生剤を加え、撹拌することで炭酸ガス発生剤を分散させた。前記、分散溶液を、多孔質の厚さ30μmのポリエチレン製セパレータに、ドクターブレード法で塗布した。その後、分散溶液を塗布したセパレータを乾燥し、溶媒成分を留去したものを、評価用のセパレータに用いた。
正極と負極の間にセパレータを挿入し、捲回した。その捲回体を18650用の電池缶に挿入した。その後、電解液を注入し封止した。なお、電池缶の上部には、内圧上昇により作動する電流遮断機構を適用した。その後、3.0V〜4.2Vの範囲で、200mAの電流値で、3サイクル充放電を繰り返した。3サイクル目の放電の電流値を電池容量とした。
過充電評価用に別途作製した電池を予め4.2Vに充電した。その後、2000mAの電流値で5.0Vまで過充電した。5.0Vに到達したあとは、5.0Vの定電位で充電を継続し、電流値が50mAになるまで行った。過充電試験は、破裂・発火両方が無い場合を、試験合格とし、総合判定○と表記した。破裂・発火両方、もしくはどちらか一方のみが起きた場合は、試験不合格とし、総合判定×と表記した。
芳香族化合物A(式1、R1=H,n=4)を、電解液(電解質塩:LiPF6、溶媒:EC/DMC/EMC=1:1:1体積比、電解質塩濃度1mol/L)に、2.0wt%になるように加え電解液を準備した。また、セパレータに塗布する炭酸ガス発生剤はLi2CO3を用い、Li2CO3の量は、正極重量に対し3.0wt%に設定した。前記電解液と、セパレータを用い、電池を作製した。電池評価の結果、電池容量は2010mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1903mAhであった。過充電試験中、4.6Vで電流遮断弁が作動した。過充電試験の結果、破裂・発火は無く、総合判定は○であった。
実施例1において、芳香族化合物Aの代わりに芳香族化合物B(式2、R1=H、R2,3=Me、R4=H)を用いること以外は、実施例1と同様に検討した。電池評価の結果、電池容量は2010mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1906mAhであった。過充電試験中、4.6Vで電流遮断弁が作動した。過充電試験の結果、破裂・発火は無く、総合判定は○であった。
実施例1において、芳香族化合物Aの代わりに芳香族化合物C(式2、R1=H、R2=Me、R3=Et、R4=H)を用いること以外は、実施例1と同様に検討した。電池評価の結果、電池容量は2010mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1904mAhであった。過充電試験中、4.6Vで電流遮断弁が作動した。過充電試験の結果、破裂・発火は無く、総合判定は○であった。
実施例1において、芳香族化合物Aの代わりに芳香族化合物D(式2、R1=H、R2,3,4=H)を用いること以外は、実施例1と同様に検討した。電池評価の結果、電池容量は2009mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1900mAhであった。過充電試験中、4.9Vで電流遮断弁が作動した。過充電試験の結果、破裂・発火は無く、総合判定は○であった。
実施例2において、Li2CO3の代わりにNa2CO3を4.0wt%にすること以外は、実施例2と同様に検討した。電池評価の結果、電池容量は2010mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1900mAhであった。過充電試験中、4.6Vで電流遮断弁が作動した。過充電試験の結果、破裂・発火は無く、総合判定は○であった。
実施例2において、Li2CO3の代わりにNaHCO3を4.0wt%にすること以外は、実施例2と同様に検討した。電池評価の結果、電池容量は2010mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1900mAhであった。過充電試験中、4.6Vで電流遮断弁が作動した。過充電試験の結果、破裂・発火は無く、総合判定は○であった。
芳香族化合物とガス発生剤を用いずに電池を作製した。電池容量は2010mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1901mAhであった。過充電試験の結果、破裂,発火がみられ、総合判定は×であった。
ガス発生剤を用いないこと以外は実施例1と同様に電池を作製した。電池容量は2010mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1900mAhであった。過充電試験の結果、破裂,発火がみられ、総合判定は×であった。
比較例2において、芳香族化合物の濃度を3wt%にすること以外は、比較例2と同様に検討した。電池容量は2001mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1850mAhであった。過充電試験の結果、発火は見られなかったが、破裂がみられたため、総合判定は×であった。
実施例1において、芳香族化合物を添加せず、また炭酸リチウムをセパレータではなく、正極内へ混合し電池を作製した。電池容量は1995mAhであり、高温保存試験後の電池容量は1860mAhであった。過充電試験の結果、発火は見られなかったが、破裂がみられたため、総合判定は×であった。
2 負極
3 セパレータ
4 芳香族化合物
5 炭酸ガス発生剤
6 リチウムイオン二次電池
7 電流遮断弁
Claims (4)
- リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極と、
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
電解液と、
電池内圧の上昇に応じて作動する電流遮断機構と、
を有するリチウムイオン二次電池において、
前記電解液は、芳香族化合物を有し、
前記芳香族化合物は、4.4V以上,4.8V以下の電位において、プロトンを生じる化合物であり、
前記セパレータは、炭酸ガス発生剤を有し、
前記炭酸ガス発生剤は、一般式AxCO3または、AyHCO3で表わされるリチウムイオン二次電池。
(Aは、アルカリ金属、または、アルカリ土類金属である。xは、Aがアルカリ金属の場合は2であり、アルカリ土類金属の場合は1である。yは、Aがアルカリ金属の場合1であり、アルカリ土類金属の場合は、0.5である。) - 請求項1または請求項2において、
前記電解液は、前記芳香族化合物を、前記電解液に対して0.01以上10wt%以下含むリチウムイオン二次電池。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
前記炭酸ガス発生剤は、炭酸リチウム,炭酸ナトリウム,炭酸カリウム,炭酸マグネシウム,炭酸カルシウム,炭酸水素ナトリウム,炭酸水素カリウム,炭酸水素マグネシウム,炭酸水素カルシウムのいずれか一種を少なくとも含むリチウムイオン二次電池。
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