JPH05275079A - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JPH05275079A
JPH05275079A JP4098481A JP9848192A JPH05275079A JP H05275079 A JPH05275079 A JP H05275079A JP 4098481 A JP4098481 A JP 4098481A JP 9848192 A JP9848192 A JP 9848192A JP H05275079 A JPH05275079 A JP H05275079A
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JP
Japan
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oxide
electrode active
negative electrode
secondary battery
active material
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Application number
JP4098481A
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English (en)
Inventor
Tadahiko Kubota
忠彦 窪田
Yukio Maekawa
幸雄 前川
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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    • 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
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充放電特性サイクル特性に優れ、かつ自己放
電特性に優れた二次電池を得ること。 【構成】 充放電可能な正極活物質を含む正極4、充放
電可能な負極活物質を含む負極2、支持電解質を溶解し
た非水電解液及びセパレーター3よりなる二次電池にお
いて、負極活物質として有機リチウム化合物の溶液中で
浸漬した酸化鉄、酸化モリブデン、酸化タングステン、
酸化コバルト又は酸化ニオブの少なくとも1種を用いる
ことを特徴とする二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、充放電サイクル特性な
どが優れた、非水電解液を用いる二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム金属を負極活物質とする二次電
池は、高エネルギー密度、高電位を有するために実用化
が期待されている。二次電池において負極活物質として
リチウム金属を用いると、充放電の繰り返しにより充電
時に活性の高い樹枝状のリチウム金属(デントライト)
や苔状のリチウム金属(モス)が生成し、それが直接又
はそれが脱落して間接的に正極活物質と接触して内部短
絡を起こすことがあり、サイクル特性が低いのみでな
く、発火など極めて大きな危険をはらんでいる。
【0003】その対策として、リチウム合金を用いる方
法が提案され、種々のリチウム合金を用いることが提案
されているが{Li−Al、Li−Al−Mn(米国特
許4,820,599)、Li−Al−Mg(特開昭5
7−98,977)、Li−Al−Sn(特開昭63−
6,742)、Li−Al−In、Li−Al−Cd
(特開平1−144,573号)}、いずれにしてもリ
チウム金属を用いているので、本質的な解決になってい
ない。
【0004】これに対し、二酸化モリブデン、二酸化タ
ングステン(ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・
ソサイアティ、134巻、638頁、1987年)、二
硫化チタン(米国特許4,983,476号)、リチウ
ムをインターカレートする物質を負極活物質として使用
することが示された。これらは、金属リチウムを用いな
いため充放電サイクルによる性能劣化の大きいものであ
った。
【0005】また、負極活物質に五酸化ニオブ、正極活
物質に五酸化バナジウムを用いた二次電池が特公昭62
−59,412に示されている。この系は前記二酸化タ
ングステン等に比べサイクル特性は改善されているが、
十分ではなかった。また、この系では、正極活物質、負
極活物質ともリチウムを含有していない。そのため電池
組み込み時、金属リチウムと負極を圧着した状態で用い
なければならないため、工程が煩雑となっていた。ま
た、自己放電性も大きく、十分ではなかった。
【0006】更に、酸化第二鉄を負極活物質に用いる二
次電池が、B.DI PIETROら,Journal
of Power Sources,8,289(1
982)に示されている。しかし、酸化第二鉄を負極活
物質として用いる場合は、酸化第二鉄1当量に対し6当
量のリチウムをドープする必要があるため、そのドープ
方法が問題となっていた。
【0007】特開平3−112070には、リチウム含
有酸化物を正極活物質として用いる方法が示されている
が、サイクル特性に劣るものであった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】実用的な二次電池を得
るためには、活性が強く、それでいて安全であり、かつ
サイクル特性が良いものでなければならず、そのような
性能を与える電極活物質をもつ必要がある。本発明は、
安全で、かつサイクル特性に優れた非水系二次電池を提
供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の目的は、少なくと
も充放電可能な正極活物質を含む正極、充放電可能な負
極活物質を含む負極、支持電解質を溶解した非水電解液
及びセパレータよりなる二次電池において、負極活物質
として有機リチウム化合物の溶液中で浸漬して処理した
酸化鉄、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化コバ
ルト又は酸化ニオブの少なくとも1種を用いることを特
徴とする二次電池により、達成された。
【0010】本発明の負極活物質を用いることにより、
驚くべきことに従来よりもサイクル特性に優れ、かつ自
己放電特性に優れた二次電池が得られた。以下、本発明
について詳細に説明する。本発明で用いる負極活物質
は、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化
コバルト又は酸化ニオブの少なくとも1種を有機リチウ
ム化合物の溶液中で浸漬して処理することにより得られ
る。
【0011】ここで使用する酸化鉄としては、2〜3価
の鉄酸化物が好ましく、より好ましくはFeO,Fe3
4 ,α−Fe2 3 ,γ−Fe2 3 であり、更に好
ましくはα−Fe2 3 である。酸化モリブテンとして
は、3〜6価のモリブデン酸化物が好ましく、より好ま
しくは4〜6価のモリブデン酸化物であり、更に好まし
くはMoO2 ,Mo2 5 である。
【0012】酸化コバルトとしては、2〜4価のコバル
ト酸化物が好ましく、より好ましくは2〜3価のコバル
ト酸化物であり、更に好ましくはCoO,Co2 3
ある。酸化ニオブとしては、2〜5価のニオブ酸化物が
好ましく、より好ましくは3〜5価ニオブ酸化物であ
り、より好ましくはNb2 5 である。
【0013】前記の酸化鉄等を浸漬する有機リチウム化
合物の溶液に用いる有機リチウム化合物としては、アル
キルリチウム化合物、アリールリチウム化合物を用いる
ことができる。アルキルリチウム化合物のアルキル基
は、炭素数1〜20が好ましく、直鎖状でも分枝状でも
よい。更に好ましくは炭素数1〜15であり、特に好ま
しくは炭素数1〜10である。アルキルリチウム化合物
の具体例としては、メチルリチウム、エチルリチウム、
n−プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−
ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、n−ヘキ
シルリチウム、n−オクチルリチウム等が挙げられる。
【0014】アリールリチウム化合物のアリール基とし
ては、炭素数5〜30の置換基を有してもよいアリール
基が好ましく、更に好ましくは炭素数5〜25であり、
特に好ましくは炭素数5〜15である。置換基として
は、炭素数1〜5のアルキル基、アリール基、炭素数1
〜5のアルコキシ基が挙げられる。アリールリチウム化
合物の具体例としては、フェニルリチウム、リチウムシ
クロペンタジエニリド等が挙げられる。
【0015】また、これらは、パラフィン系炭化水素、
エーテルの溶液として用いることが好ましく、特に好ま
しくはn−シクロヘキサン、ジエチルエーテル、ベンゼ
ンの溶液である。これらの溶液の濃度は0.01mol
/リットル〜7mol/リットルが好ましく、更に好ま
しくは0.01mol/リットル〜5mol/リットル
であり、特に好ましくは0.01mol/リットル〜3
mol/リットルである。
【0016】有機リチウム化合物溶液への浸漬温度は、
30℃以下が好ましく、更に好ましくは0〜30℃であ
り、特に好ましくは10〜30℃である。浸漬時間は、
1時間以上が好ましく、更に好ましくは1〜50日間で
あり、特に好ましくは10〜50日間である。本発明の
二次電池に用いることのできる正極活物質としては、M
nO2 ,Mn2 4 ,Mn2 3 ,CoO2 ,Cox
1-x y ,Nix Co1-x y ,V x Mn1-x y
Fex Mn1-x y ,V2 5 ,V3 8 ,V6 13
Cox1-x y ,MoS2 ,MoO3 ,TiS2 など
のLi化物が好ましい。特に好ましくはLia Cob
c d (a=0.1〜1.1、b=0.12〜0.9、
c=1−b、d=2〜2.5)、又はLie Cof Ni
g h (e=0.1〜1.1、f=0.12〜0.9、
g=1−f、h=2〜2.5)である。遷移金属カルコ
ゲナイトのLi化物は、リチウムを含む化合物と混合し
て焼成する方法やイオン交換法が主に用いられる。遷移
金属カルコゲナイトの合成法はよく知られた方法でよい
が、特に空気中やアルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲
気下で200〜1500℃で焼成することが好ましい。
【0017】電解質としては、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ
−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラ
ヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチ
ルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミ
ド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、酢酸メチ
ル、ギ酸メチル、アセトニトリル、ニトロメタン、エチ
ルモノグライム、リン酸トリエステル(特開昭60−2
3,973)、トリメトキシメタン(特開昭61−4,
170号)、ジオキソラン誘導体(特開昭62−15,
771、同62−22,372、同62−108,47
4)、スルホラン(特開昭62−31,959)、3−
メチル−2−オキサゾリジノン(特開昭62−44,9
61)ブロピレンカーブネート誘導体(特開昭62−2
90,069、同62−290,071)、テトラヒド
ロフラン誘導体(特開昭63−32872)、エチルエ
ーテル(特開昭63−62,166)、1,3−プロパ
ンサルトン(特開昭63−102,173)などの非プ
ロトン性有機溶媒の少なくとも一種以上を混合した溶媒
とその溶媒に溶けるリチウム塩、例えば、ClO4 -
BF4 - 、PF6 - 、CF3 S03 - 、CF3
2 - 、AsF6 - 、SbF6 - 、(CF3 SO2 2
- 、B10Cl10 2-(特開昭57−74,974)、
(1,2−ジメトキシエタン)2 ClO4 - (特開昭5
7−74,977)、低級脂肪族カルボン酸塩(特開昭
60−41,773)、AlCl4 - 、Cl- 、B
- 、I- (特開昭60−247,265)、クロロボ
ラン化合物(特開昭61−1六十五,九百五十七)、四
フェニルホウ酸(特開昭61−214,376)などの
一種以上から構成されている。なかでも、プロピレンカ
ーボネートと1,2−ジメトキシエタンとの混合物にL
iClO4 あるいはLiBF4 を含む電解液が代表的で
ある。
【0018】また、電解液の他に次の様な固体電解質も
用いることができる。固体電解質としては、無機固体電
解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質に
は、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく
知られている。なかでも、Li3 N、LiI、Li3
2 、Li3 N−LiI−LiOH、LiSiO4 、L
iSiO4 −LiI−LiOH(特開昭49−81,8
99)、xLi3 PO4 −(1−x)Li4 SiO
4 (特開昭59−60,866)、Li2 SiS3 (特
開昭60−501,731)、硫化リン化合物(特開昭
62−82,665)などが有効である。
【0019】有機固体電解質では、ポリエチレンオキサ
イド誘導体か該誘導体を含むポリマー(特開昭63−1
35,447)、ポリプロピレンオキサイド誘導体か該
誘導体を含むポリマー、イオン解離基を含むポリマー
(特開昭62−254,302、同62−254,30
3、同63−193,954)、イオン解離基を含むポ
リマーと上記非プロトン性電解液の混合物(米国特許
4,792,504、同4,830,939、特開昭6
2−22,375、同62−22,376、同63−2
2,375、同63−22,776、特開平1−95,
117)、リン酸エステルポリマー(特開昭61−25
6,573)、非プロトン性極性溶媒を含有させた高分
子マトリックス材料(米国特許4,822,701、同
4,830,939、特開昭63−239,779、特
願平2−30,318、同2−78,531)が有効で
ある。
【0020】さらに、ポリアクリロニトリルを電解液に
添加する方法もある(特開昭62−278,774)。
また、無機固体電解質と有機固体電解質を併用する方法
(特開昭60−1,768)も知られている。セパレー
ターは、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を持
つ、絶縁性の薄膜である。耐有機溶剤性と疎水性からポ
リプロピレンなどのオレフィン系の不織布やガラス繊維
などが用いられている。さらに、ポリプロピレンやポリ
エチレンの表面に、側鎖にポリエチレンオキシド基を有
するアクリロイルモノマーをプラズマグラフト重合した
修飾セパレーターを用いることもできる。
【0021】また、放電や充放電特性を改良する目的
で、以下に示す化合物を電解質に添加することが知られ
ている。例えば、ピリジン(特開昭49−108,52
5)、トリエチルフォスファイト(特開昭47−4,3
76)、トリエタノールアミン(特開昭52−72,4
25)、環状エーテル(特開昭57−152,68
4)、エチレンジアミン(特開昭58−87,77
7)、n−グライム(特開昭58−87,778)、ヘ
キサリン酸トリアミド(特開昭58−87,779)、
ニトロベンゼン誘導体(特開昭58−214,28
1)、硫黄(特開昭59−8,280)、キノンイミン
染料(特開昭59−68,184)、N−置換オキサゾ
リジノンとN,N′−置換イミダリジノン(特開昭59
−154,778)、エチレングリコールジアルキルエ
ーテル(特開昭59−205,167)、四級アンモニ
ウム塩(特開昭60−30,065)、ポリエチレング
リコール(特開昭60−41,773)、ピロール(特
開昭60−79,677)、2−メトキシエタノール
(特開昭60−89,075)、AlCl3 (特開昭6
1−88,466)、導電性ポリマー電極活物質のモノ
マー(特開昭61−161,673)、トリエチレンホ
スホルアミド(特開昭61−208,758)、トリア
ルキルホスフィン(特開昭62−80,976)、モル
フォリン(特開昭62−80,977)、カルボニル基
を持つアリール化合物(特開昭62−86,673)、
12−クラウン−4のようなクラウンエーテル類(フィ
ジカル レビュー(Physical Review)
B、42巻、6424頁(1990年))、ヘキサメチ
ルホスホリックトリアミドと4−アルキルモルフォリン
(特開昭62−217,575)、二環性の三級アミン
(特開昭62−217,578)、オイル(特開昭62
−287,580)、四級ホスホニウム塩(特開昭63
−121,269)などが挙げられる。
【0022】また、電解液を不燃性にするために含ハロ
ゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを
電解液に含ませることができる。(特開昭48−36,
632)また、高温保存に適性をもたせるために電解液
に炭酸ガスを含ませることができる。(特開昭59−1
34,567)さらに、正極活物質に電解液あるいは電
解質を含ませることができる。例えば、前記イオン導電
性ポリマーやニトロメタン(特開昭48−36,63
3)、電解液の添加(特開昭57−124,870)が
知られている。
【0023】また、正極活物質の表面を改質することが
できる。例えば、金属酸化物の表面をエステル化剤によ
り処理(特開昭55−163,780)したり、キレー
ト化剤で処理(特開昭55−163,780)、導電性
高分子(特開昭58−163,188、同59−14,
274)、ポリエチレンオキサイドなど(特開昭60−
97,561)により処理することができる。
【0024】一方、負極活物質の表面も改質することが
できる。例えば、イオン導電性ポリマーやポリアセチレ
ン層を設ける(特開昭58−111,276)、LiC
l(特開昭58−142,771)、エチレンカーボネ
イト(特開昭59−31,573)などにより処理する
ことができる。電極活物質の担体として、正極には、通
常のステンレス鋼、ニッケル、アルミニウムの他に、導
電性高分子用には、多孔質の発泡金属(特開昭59−1
8,578)、チタン(特開昭59−68,169)、
エキスパンドメタル(特開昭61−264,686)、
パンチドメタルなどが用いられ、また負極には、通常の
ステンレス鋼、ニッケル、チタン、アルミニウムの他
に、多孔質ニッケル(特開昭58−18,883)、多
孔質アルミニウム(特開昭58−38,466)、アル
ミニウム焼結体(特開昭59−130,074)、アル
ミニウム繊維群の成形体(特開昭59−148,27
7)、ステンレス鋼の表面を銀メッキ(特開昭60−4
1,761)、フェノール樹脂焼成体などの焼成炭素材
料(特開昭60−112,254)、Al−Cd合金
(特開昭60−211,779)、多孔質の発泡金属
(特開昭61−74,268)などが用いられる。
【0025】集電体としては、構成されか電池にいて化
学変化を起こさない電子伝導体であればよい。例えば、
通常用いられるステンレス鋼、チタンやニッケルの他
に、銅のニッケルメッキ体(特開昭48−36,62
7)、銅のチタンメッキ体、硫化物の正極活物質には、
ステンレス鋼の上に銅処理したもの(特開昭60−17
5,373)などが用いられる。
【0026】この二次電池の形状は、コイン、ボタン、
シート、シリンダーなどいずれの形とすることができ
る。
【0027】
【作用】本発明は、二次電池において、有機リチウム化
合物の溶液中に浸漬した酸化鉄などを負極活物質として
使用することにより、優れたサイクル特性及び自己放電
特性が得られるが、その効果を生ずる詳細な作用機構は
まだ解明されていない。しかし、その理論的解明は本発
明の効果を生じさせる上には不可欠のものではない。
【0028】
【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではない。 実施例1 α型酸化第二鉄120mgをn−ブチルリチウム(1.
6mol/リットル、ヘキサン溶液)10ml中に25
℃で10日間浸漬した。その後酸化第二鉄を濾別し、プ
ロピレンカーボネート200mlで洗浄した。この酸化
第二鉄をアセチレンブラック30mg、ポリテトラフロ
ロエチレン30mgと混練し、直径1cmのペレットを
作成し、負極とした。
【0029】次にLiCoO2 900mg、ポリテトラ
フロロエチレン90mg、アセチレンブラック90mg
を同様に混練し、直径1cmのペレットを作成し、正極
とした。セパレーターとして,ポリプロピレン製多孔質
膜(ジュラガード2500、ダイセル化学(株))、電
解液としてLiBF4 1mol/リットル、プロピレン
カーボネート/ジメトキシエタン=1/1の溶液を用
い、図1に示すコイン型の二次電池を作製した。
【0030】このコイン型の電池は、図1の一部断面正
面図に示すように、負極合剤ペレット2、セパレーター
3、正極合剤ペレット4、集電体5の順に積層し、それ
を負極封口板1と正極ケース6とで挟み、両者の周縁部
をガスケット7を介在させて密封したものであり、直径
が20mm、厚さ3.2mmである。この電池を1mA
/cm2 で2.5Vと3.5Vの間で充放電を行った。
650回サイクル後のクーロン効率は、93%であっ
た。
【0031】次に、この電池を作製直後、1mA/cm
2 の定電流で0Vまでの放電を行った。また、25℃、
湿度60%にて30日保存した後、同様の測定を行い、
作製直後の容量を比較したところ、自己放電率は5%で
あった。 実施例2 前記のα型酸化第二鉄の代わりにMoO2 120mgを
用い、実施例1と同様にして1.5Vと2.5Vの間で
充放電を行ったところ、400回サイクル後のクーロン
効率は87%であった。また、自己放電率は6%であっ
た。 実施例3 前記のMoO2 の代わりにWO2 130mgを用い、実
施例2と同様にして充放電を行ったところ、400回サ
イクル後のクーロン効率は89%であった。また、自己
放電率は6%であった。 実施例4 Nb2 5 140mgを用い、実施例2と同様にして充
放電を行ったところ、400回サイクル後のクーロン効
率は91%であった。また、自己放電率は4%であっ
た。 比較例 未処理のα型酸化第二鉄120mgを用い、実施例1と
同様に電池を作製し、充放電を行ったところ、400回
サイクル後のクーロン効率は55%であった。また、実
施例1と同じ条件で自己放電率を測定したところ、9%
であった。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、負極活物質として有機
リチウム化合物の溶液中で浸漬して処理した酸化鉄、酸
化モリブデン、酸化タングステン、酸化コバルト又は酸
化ニオブの少なくとも1種を用いることにより、充放電
サイクル特性に優れ、かつ自己放電特性に優れたリチウ
ム二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で作製したコイン型電池の一部断面正
面図を示す。
【符号の説明】
1 負極封口板 2 負極合剤ペレット 3 セパレーター 4 正極合剤ペレット 5 集電体 6 正極ケース 7 ガスケット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも充放電可能な正極活物質を含
    む正極、充放電可能な負極活物質を含む負極、支持電解
    質を溶解した非水電解液及びセパレータよりなる二次電
    池において、負極活物質として有機リチウム化合物の溶
    液中で浸漬して処理した酸化鉄、酸化モリブデン、酸化
    タングステン、酸化コバルト又は酸化ニオブの少なくと
    も1種を用いることを特徴とする二次電池。
JP4098481A 1992-03-26 1992-03-26 二次電池 Pending JPH05275079A (ja)

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