JPH06333597A - 非水系電解液電池 - Google Patents

非水系電解液電池

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JPH06333597A
JPH06333597A JP5146881A JP14688193A JPH06333597A JP H06333597 A JPH06333597 A JP H06333597A JP 5146881 A JP5146881 A JP 5146881A JP 14688193 A JP14688193 A JP 14688193A JP H06333597 A JPH06333597 A JP H06333597A
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JP
Japan
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boiling point
aqueous electrolyte
negative electrode
lithium
solvent
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JP5146881A
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English (en)
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Seiji Yoshimura
精司 吉村
Mikiya Yamazaki
幹也 山崎
Koji Nishio
晃治 西尾
Toshihiko Saito
俊彦 斎藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】保存特性を向上させる。 【構成】非水系電解液として、ヘキサフルオロリン酸リ
チウムとトリフルオロメタンスルホン酸リチウムとのモ
ル比1:9〜6:4の混合溶質を、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブ
チロラクトン及びスルホランの2種以上の高沸点溶媒
と、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエ
タン、1,2−エトキシメトキシエタン、テトラヒドロ
フラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオ
キソラン及び4−メチル−1,3−ジオキソランの1種
以上の低沸点溶媒との混合溶媒に溶解させた溶液を使用
した非水系電解液電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水系電解液電池に係
わり、詳しくは保存特性を向上させることを目的とした
非水系電解液の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
非水系電解液電池の電解液としては、例えばプロピレン
カーボネート等の比較的沸点の高い溶媒(高沸点溶媒)
と1,2−ジメトキシエタン等の比較的沸点の低い溶媒
(低沸点溶媒)との混合溶媒にLiPF6 、LiClO
4 等の溶質を溶かしたものが使用されている。
【0003】しかしながら、この種の従来の非水系電解
液は金属リチウムなどからなる負極と反応して分解し易
く、このため従来の非水系電解液電池には、保存特性が
良くないという問題があった。因みに、従来の非水系電
解液電池の自己放電率は0.65〜1%程度であった。
【0004】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、負極との反応が進
行しにくい組成の非水系電解液を選定することにより、
保存特性に優れた非水系電解液電池を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る非水系電解液電池(以下、「本発明電
池」と称する。)は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な
物質又は金属リチウムを負極材料とする負極と、正極
と、非水系電解液とを備えた非水系電解液電池であっ
て、前記非水系電解液が、ヘキサフルオロリン酸リチウ
ム(LiPF6 )とトリフルオロメタンスルホン酸リチ
ウム(LiCF3 SO3 )とのモル比1:9〜6:4の
混合溶質(1)を、エチレンカーボネート(EC)、プ
ロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート
(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチル
カーボネート(DEC)、γ−ブチロラクトン(γ−B
L)及びスルホラン(SL)よりなる群から選ばれた2
種以上の高沸点溶媒(A)と、1,2−ジメトキシエタ
ン(DME)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、
1,2−エトキシメトキシエタン(EME)、テトラヒ
ドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン
(2Me−THF)、1,3−ジオキソラン(DOX
L)及び4−メチル−1,3−ジオキソラン(4Me−
DOXL)よりなる群から選ばれた1種以上の低沸点溶
媒(B)とからなる混合溶媒(2)に溶解させてなる溶
液であることを特徴とするものである。
【0006】本発明における非水系電解液が混合溶質
(1)及び2種以上の高沸点溶媒(A)を含有するもの
に限定されるのは、かかる組成の非水系電解液を使用し
た場合にのみ金属リチウムなどからなる負極表面に緻密
な被膜(不動態膜)が生成し、負極と非水系電解液との
反応が有効に抑制されるからである。
【0007】混合溶質(1)のヘキサフルオロリン酸リ
チウムとトリフルオロメタンスルホン酸リチウムとのモ
ル比が1:9〜6:4の範囲に規制されるのは、両者の
混合モル比がこの範囲を外れると、自己放電率が0.5
%/年以上となり、混合溶質を使用することによる保存
特性向上効果が充分に発現されなくなるからである。
【0008】高沸点溶媒(A)と低沸点溶媒(B)とか
らなる混合溶媒(2)としては、高沸点溶媒(A)を2
0〜80体積%、低沸点溶媒(B)を80〜20体積%
を含有するものが好ましい。高沸点溶媒(A)が20体
積%未満の場合は、非水系電解液の誘電率が低くなるた
めヘキサフルオロリン酸リチウム及びトリフルオロメタ
ンスルホン酸リチウムのイオン解離度が低下して電導度
が悪くなる。一方、低沸点溶媒(B)が20体積%未満
の場合は、非水系電解液の粘度が高くなるため高率放電
特性が悪くなる。
【0009】高沸点溶媒(A)の好適な溶媒組成比は、
使用する溶媒の種類によって異なる。一般に、各高沸点
溶媒を体積比で等量含有する組成のものが好適である。
【0010】本発明における負極材料の一つであるリチ
ウムイオンを吸蔵放出可能な物質としては、黒鉛、コー
クス等の炭素材料、リチウム合金、酸化物が例示され
る。
【0011】本発明は非水系電解液の組成を改良するこ
とにより負極との反応による自己放電を抑制することを
目的とする。それゆえ、負極材料及び非水系電解液以外
の電池を構成する他の部材については特に制限されず、
非水系電解液電池用として従来使用され、或いは提案さ
れている種々の材料を特に制限なく使用することが可能
である。
【0012】
【作用】本発明においては、非水系電解液の溶質として
ヘキサフルオロリン酸リチウムとトリフルオロメタンス
ルホン酸リチウムとからなる混合溶質(1)が、また溶
媒として少なくとも2種の特定の溶媒からなる高沸点溶
媒(A)が使用されているので、負極と非水系電解液と
が反応して負極表面に緻密な被膜が速やかに生成する。
この被膜が不動態膜となって負極を保護し、その後の負
極と非水系電解液との反応を抑制する。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【0014】(実施例1)扁平型の非水系電解液電池
(本発明電池)を作製した。
【0015】〔正極の作製〕正極活物質としての二酸化
マンガン(MnO2 )と、導電剤としてのアセチレンブ
ラックと、結着剤としてのフッ素樹脂とを、重量比率8
0:10:10で混合して正極合剤を得た。この正極合
剤を加圧成形して、円板状の正極を作製した。正極集電
体として、ステンレス鋼板(SUS304)を使用し
た。
【0016】〔負極の作製〕リチウム圧延板を所定寸法
に打ち抜いて円板状のリチウム金属板からなる負極を作
製した。負極集電体として、ステンレス鋼板(SUS3
04)を使用した。
【0017】〔非水系電解液の調製〕エチレンカーボネ
ートとブチレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタ
ンとの体積比25:25:50の混合溶媒に、ヘキサフ
ルオロリン酸リチウムとトリフルオロメタンスルホン酸
リチウムとのモル比2:8の混合溶質を1モル/リット
ルの割合で溶かして非水系電解液を調製した。
【0018】〔電池の作製〕以上の正負両極及び非水系
電解液を用いて本発明電池BA1を作製した(電池寸
法:直径25mm;厚み3.0mm)。セパレータとし
て、イオン透過性を有するポリプロピレン製の微孔性薄
膜(ヘキストセラニーズ社製、商品名「セルガード34
01」)を用い、これに先に述べた非水系電解液を含浸
させた。
【0019】図1は作製した本発明電池BA1を模式的
に示す断面図であり、同図に示す本発明電池BA1は、
正極1、負極2、これら両電極を離間するセパレータ
3、正極缶4、負極缶5、正極集電体6、負極集電体7
及びポリプロピレン製の絶縁パッキング8などからな
る。正極1及び負極2は、非水系電解液を含浸したセパ
レータ3を介して対向して正負両極缶4、5が形成する
電池ケース内に収容されており、正極1は正極集電体6
を介して正極缶4に、また負極2は負極集電体7を介し
て負極缶5に接続され、電池内部で生じた化学エネルギ
ーを正極缶4及び負極缶5の両端子から電気エネルギー
として外部へ取り出し得るようになっている。
【0020】(実施例2)非水系電解液の調製におい
て、ヘキサフルオロリン酸リチウムとトリフルオロメタ
ンスルホン酸リチウムとのモル比4:6の混合溶質を1
モル/リットルの割合で使用したこと以外は実施例1と
同様にして本発明電池BA2を作製した。
【0021】(実施例3)非水系電解液の調製におい
て、ヘキサフルオロリン酸リチウムとトリフルオロメタ
ンスルホン酸リチウムとのモル比6:4の混合溶質を1
モル/リットルの割合で使用したこと以外は実施例1と
同様にして本発明電池BA3を作製した。
【0022】(比較例1)非水系電解液の調製におい
て、ヘキサフルオロリン酸リチウムとトリフルオロメタ
ンスルホン酸リチウムとのモル比8:2の混合溶質を1
モル/リットルの割合で使用したこと以外は実施例1と
同様にして比較電池BC1を作製した。
【0023】(比較例2)非水系電解液の調製におい
て、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム一種単独を
1モル/リットルの割合で使用したこと以外は実施例1
と同様にして比較電池BC2を作製した。
【0024】(比較例3)非水系電解液の調製におい
て、ヘキサフルオロリン酸リチウム一種単独を1モル/
リットルの割合で使用したこと以外は実施例1と同様に
して比較電池BC3を作製した。
【0025】〔混合溶質(1)の溶質のモル比が保存特
性に及ぼす影響〕本発明電池BA1〜BA3及び比較電
池BC1〜BC3の自己放電率(%/年)を求めて、混
合溶質(1)の溶質のモル比が保存特性に及ぼす影響を
調べた。自己放電率は、下記に示す初期の放電容量に対
する下記に示す保存後の放電容量の容量減少率として求
めた。結果を図2に示す。
【0026】<初期の放電容量>作製直後の各電池につ
いて、室温(25°C)下、3kΩで定抵抗放電を行っ
たときの初期の放電容量である。なお、初期の放電容量
はいずれの電池も130mAhであった。
【0027】<保存後の放電容量>作製後60°Cで2
ヶ月保存した後(室温で約3年間保存したことに相当す
る。)の各電池について、室温(25°C)下、3kΩ
で定抵抗放電を行ったときの放電容量である。
【0028】図2は、混合溶質(1)の溶質のモル比と
保存特性との関係を、縦軸に自己放電率(%/年)を、
横軸に溶質のモル比をとって示したグラフであり、同図
より、高沸点溶媒(エチレンカーボネート及びブチレン
カーボネート)と低沸点溶媒(1,2−ジメトキシエタ
ン)との混合溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムと
トリフルオロメタンスルホン酸リチウムとのモル比1:
9〜6:4の混合溶質を溶かしてなる非水系電解液を使
用した本発明電池BA1〜BA3は、同じ混合溶媒にヘ
キサフルオロリン酸リチウム又はトリフルオロメタンス
ルホン酸リチウムを一種単独溶かしてなる非水系電解液
を使用した比較電池BC2、BC3に比し、自己放電率
が低く(0.4〜0.5%/年程度)、保存特性に優れ
ていることが分かる。また、ヘキサフルオロリン酸リチ
ウムとトリフルオロメタンスルホン酸リチウムとのモル
比8:2の混合溶質を使用した比較電池BC1の自己放
電率が0.65%/年であり、単一種の溶質を使用した
比較電池BC2の自己放電率と同程度であることから、
自己放電率0.5%/年以下の優れた保存特性を実現す
るためには、ヘキサフルオロリン酸リチウムとトリフル
オロメタンスルホン酸リチウムとのモル比を1:9〜
6:4の範囲に規制する必要があることが分かる。
【0029】(参考例1) 〔高沸点溶媒(A)の溶媒組成比が保存特性に及ぼす影
響〕エチレンカーボネート及び/又はブチレンカーボネ
ートからなる高沸点溶媒50体積%と1,2−ジメトキ
シエタンからなる低沸点溶媒50体積%との混合溶媒
に、ヘキサフルオロリン酸リチウムとトリフルオロメタ
ンスルホン酸リチウムとのモル比4:6の混合溶質を1
モル/リットルの割合で溶かして7種の非水系電解液を
調製した。
【0030】次いで、これらの各非水系電解液を使用し
たこと以外は実施例1と同様にして非水系電解液電池を
作製し、先と同じ方法で各電池の自己放電率(%/年)
を求めて、高沸点溶媒(A)の溶媒組成比が保存特性に
及ぼす影響を調べた。結果を図3に示す。
【0031】図3は、高沸点溶媒(A)の溶媒組成比と
保存特性との関係を、縦軸に自己放電率(%/年)を、
横軸に混合溶媒(2)の混合比(体積比率)をとって示
したグラフであり、同図より、高沸点溶媒(A)の各溶
媒を概ね等体積比で混合することが、良好なる保存特性
を実現する上で好ましいことが分かる。
【0032】(参考例2) 〔高沸点溶媒(A)の使用が保存特性に及ぼす影響〕高
沸点溶媒(単一溶媒又は2種類の高沸点溶媒からなる混
合溶媒)50体積%と1,2−ジメトキシエタンからな
る低沸点溶媒50体積%とからなる混合溶媒に、ヘキサ
フルオロリン酸リチウムとトリフルオロメタンスルホン
酸リチウムとのモル比4:6の混合溶質を1モル/リッ
トルの割合で溶かして14種の非水系電解液を調製し
た。2種類の高沸点溶媒からなる高沸点溶媒(A)につ
いては、溶媒の混合比を体積比で1:1とした。
【0033】次いで、これらの各非水系電解液を使用し
たこと以外は実施例1と同様にして非水系電解液電池を
作製し、先に述べたと方法と同じ方法で各電池の自己放
電率を求めて、高沸点溶媒(A)の使用が保存特性に及
ぼす影響を調べた。結果を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】表1の縦欄及び横欄はいずれも高沸点溶媒
の種類を示し、縦欄及び横欄が交差する欄に記載されて
いる各数値は、それら縦欄及び横欄に示された高沸点溶
媒を一種単独で使用した場合、或いは併用した場合の自
己放電率(%/年)を表している。
【0036】表1に示すように、2種類の高沸点溶媒か
らなる高沸点溶媒(A)を使用した場合は、単一溶媒か
らなる高沸点溶媒を使用した場合に比し、全て自己放電
率が低くなっており、このことから混合溶媒からなる高
沸点溶媒(A)の使用が保存特性の向上に有効に寄与し
ていることが分かる。
【0037】叙上の実施例では、低沸点溶媒(B)とし
て1,2−ジメトキシエタンを1種単独使用する場合を
例に挙げて説明したが、本発明で規制するテトラヒドロ
フラン等の他の低沸点溶媒や2種類以上の低沸点溶媒を
使用した場合にも同様の効果が得られる。
【0038】
【発明の効果】本発明電池においては、特定の組成の非
水系電解液が使用されているので、非水系電解液と負極
との反応による自己放電が起こりにくく、このため保存
特性に優れるなど、本発明は優れた特有の効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】扁平型の本発明電池の模式的断面図である。
【図2】混合溶質(1)の溶質のモル比と保存特性との
関係を表すグラフである。
【図3】高沸点溶媒(A)の溶媒の組成比と保存特性と
の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
BA1 本発明電池 1 正極 2 負極 3 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムイオンを吸蔵放出可能な物質又は
    金属リチウムを負極材料とする負極と、正極と、非水系
    電解液とを備えた非水系電解液電池において、前記非水
    系電解液が、ヘキサフルオロリン酸リチウムとトリフル
    オロメタンスルホン酸リチウムとのモル比1:9〜6:
    4の混合溶質(1)を、エチレンカーボネート、プロピ
    レンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカ
    ーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクト
    ン及びスルホランよりなる群から選ばれた2種以上の高
    沸点溶媒(A)と、1,2−ジメトキシエタン、1,2
    −ジエトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタ
    ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
    ン、1,3−ジオキソラン及び4−メチル−1,3−ジ
    オキソランよりなる群から選ばれた1種以上の低沸点溶
    媒(B)とからなる混合溶媒(2)に溶解させてなる溶
    液であることを特徴とする非水系電解液電池。
  2. 【請求項2】前記混合溶媒(2)が、高沸点溶媒(A)
    20〜80体積%と低沸点溶媒(B)80〜20体積%
    とからなる請求項1記載の非水系電解液電池。
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