JPH07105976A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH07105976A
JPH07105976A JP5277865A JP27786593A JPH07105976A JP H07105976 A JPH07105976 A JP H07105976A JP 5277865 A JP5277865 A JP 5277865A JP 27786593 A JP27786593 A JP 27786593A JP H07105976 A JPH07105976 A JP H07105976A
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lithium
aqueous electrolyte
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electrolyte secondary
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Akio Komaki
昭夫 小牧
Takumi Hayakawa
他▲く▼美 早川
Kensuke Hironaka
健介 弘中
Koji Higashimoto
晃二 東本
Kenji Nakai
賢治 中井
Takefumi Nakanaga
偉文 中長
Akiyoshi Inubushi
昭嘉 犬伏
Michio Sasaoka
三千雄 笹岡
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Otsuka Chemical Co Ltd
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Otsuka Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 デンドライトの生成を抑制し、安全で長寿命
の非水電解液二次電池を提供する。 【構成】 少なくとも、正極活物質を主体とする正極
と、リチウムあるいはリチウム合金を活物質とする負極
と、非水電解液との三者からなる非水電解液二次電池で
あつて、該非水電解液にオリゴエチレンオキシポリホス
フアゼン類から選ばれる一種あるいは二種以上を添加す
ることを特徴とする非水電解液二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は優れた充放電特性を有
し、かつ高電圧、高エネルギー密度を有する非水電解液
二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、エレクトロニクス技術の発達は目
ざましく、電気機器の小型化、軽量化、薄型化及び多機
能化が図られており、それにともない電気機器の電源で
ある電池の小型化、軽量化、薄型化、信頼性の向上、高
性能化が望まれている。この要望に応じるため、非水電
解液二次電池が提案された。しかし、従来、この非水電
解液二次電池では、充電時に負極のリチウムが一様に析
出せず、充放電の繰り返しにより樹枝状のリチウム金属
(デンドライト)を生成し、脱落して充放電に利用でき
なくなつたり、正極まで成長して短絡を起こすことによ
り、電池としての機能を喪失させるという問題があつ
た。
【0003】この対策として、負極にLi−Al等のリチ
ウム合金を用いる方法が提案されている。これはLi合
金を用いることにより充電時にLiの合金化反応を行わ
しめ、デンドライト成長を抑制して充放電特性を向上さ
せようとするものであるが、この場合は合金化によりリ
チウム負極の電位が正極側にシフトし、電池の起電力が
低下し、またデンドライトに関しても、充放電の進行と
ともにリチウム合金の粉状化が進むためデンドライトが
生成し易くなり、必ずしも満足できるほどの効果は得ら
れていない。
【0004】また、リチウム金属またはリチウム合金を
用いない方法として、リチウムイオンを吸蔵・放出可能
な炭素質材料を用いる方法が種々提案されているが、エ
ネルギー密度が小さいのみならず、急速充電時にはリチ
ウム金属と同様なデンドライトが生成するという問題点
があり、さらなる改良が望まれている。
【0005】また、非水電解液に添加して充放電特性を
向上させる各種の添加剤も既に知られている。例えば、
ピリジン(特開昭49−108525号)、クラウン化合物(特
開昭57−141878号)、エチレンジアミン(特開昭58−87
777号)、ニトロベンゼン誘導体(特開昭58−214281
号)、第4級アンモニウム塩(特開昭60−30065号)、
ポリエチレングリコール(特開昭60−41773号)、4−
アルキルモルホリン(特開昭62−80977号)、第4級ホ
スホニウム塩(特開昭63−121268号)、アルキルベンゼ
ン類(特開平5−36439号)など極めて多様である。こ
れら多くの添加剤は、リチウムあるいはリチウム合金の
表面に被膜を形成し、電解液と活性なリチウムとが接し
ないようにしたり、デンドライトの成長を抑制して充放
電サイクル特性を向上させようとするものであるが、い
ずれも効果が不十分であり、期待されたほどの向上は認
められない。
【0006】上記のように、非水電解液二次電池の充放
電サイクルでのデンドライトの生成は、電池の寿命を短
くするばかりでなく、内部短絡の状況によつては安全上
にも問題を生じる。このため、デンドライトを抑制し、
充放電サイクル特性の劣化を抑制することは長寿命で安
全な非水電解液二次電池を実用化する上で最大の課題と
なつている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はデンド
ライトの生成を抑制し、安全で長寿命の非水電解液二次
電池を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は少なくとも、正
極活物質を主体とする正極と、リチウムあるいはリチウ
ム合金を活物質とする負極と、非水電解液との三者から
なる非水電解液二次電池であつて、該非水電解液にオリ
ゴエチレンオキシポリホスフアゼン類から選ばれる一種
あるいは二種以上を添加することを特徴とする非水電解
液二次電池に係る。
【0009】本発明に用いられる正極活物質としては、
無機化合物、有機化合物のいずれからも選ぶことができ
る。無機化合物としては、MnO2,V25,LiV
38,LiMn24,V613,LiCoO2,MoS2,Ti
2などから選ばれ、有機化合物としては、ポリアニリ
ン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリチオフエン誘導体
などが挙げられる。
【0010】本発明に用いられる非水電解液は、有機溶
媒として、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネ
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、
ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、スルホラ
ン、ジエチルカーボネート、メチルアセテートなどから
選ばれた一種または二種以上が用いられ、これにリチウ
ム塩を溶解したものが好ましい。リチウム塩は、非水電
解液にイオン伝導性を与える電解質であり、例えば、L
iClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiAlC
l4,LiB(C65)4,CF3SO3Li等が挙げられ、こ
れらのうちの一種または二種以上が使用される。
【0011】本発明に用いられるオリゴエチレンオキシ
ポリホスフアゼン類の具体例としては、エンドメトキシ
オリゴエチレンオキシポリホスフアゼン、エンドアリロ
キシオリゴエチレンオキシポリホスフアゼン、エンドリ
チウムスルホプロピルオキシオリゴエチレンオキシポリ
ホスフアゼンの他、オリゴエチレンオキシ側鎖の末端に
環状カーボネート、環状アセトニド、リチウムフルオロ
アルキルスルホネート基を有するポリホスフアゼン等が
挙げられる。また、ポリホスフアゼン骨格は線状および
環状のいずれであつてもよい。本発明のオリゴエチレン
オキシポリホスフアゼン類の分子量は、特に限定される
ものでないが、平均分子量2,000〜3,000,000のものが特
に好適に使用される。
【0012】これらのオリゴエチレンオキシポリホスフ
アゼン類の添加量は、電解液あたり0.1〜50重量%の範
囲で溶解するのが好ましい。0.1重量%未満の場合に
は、添加の効果が不十分であり、50重量%を越える場合
は、粘度の増加により電導度が低下し、電池性能が劣
る。本発明の二次電池においては、負極にリチウムまた
はリチウム合金が用いられる。リチウム合金の例として
は、リチウム・アルミニウム、リチウム・インジウム、
リチウム・鉛、リチウム・ガリウム、リチウム・マグネ
シウム、リチウム・アルミニウム・スズ等が挙げられ
る。
【0013】又、本発明に特に規定はしていないが、通
常正極活剤に添加されるグラフアイト、アセチレンブラ
ツク等の導電助剤、ポリテトラフルオロエチレン等の結
着剤等や、機械的な短絡を防止するセパレータ等を必要
に応じて使用できることはいうまでもない。
【0014】
【作用】本発明の添加剤であるポリホスフアゼン類は、
非水電解液リチウム二次電池の充電時において析出する
活性なリチウム表面に吸着し、局部的なリチウムの析出
を抑制してより一様なリチウム析出面とすることにより
デンドライトの成長を抑制するものと考えられ、ホスフ
アゼン部位が特異な効果を発現しているものと推測され
る。このため、高い充放電効率とデンドライトによる短
絡等の抑制が可能となつた。
【0015】
【実施例】
実施例1〜5及び比較例1 以下に示す負極、正極、電解液を使用して、図1に示す
ような断面形状のコイン型二次電池を作製した。図1に
おいて、1は負極、2はポリプロピレン製不織布のセパ
レータ、3は正極合剤、4は負極集電体としてのステン
レス製網、5は正極集電体としてのステンレス製網、6
は負極缶、7は正極缶、8はポリプロピレン製環状ガス
ケツトである。正極缶7の円周部はかしめられて電池の
密閉を保つようになつている。
【0016】作製した電池を用いて充放電試験を行い、
短絡が発生するまでのサイクル数を求めた。充放電試験
は、0.5mA/cm2の定電流で、2Vと3.6Vの電圧範囲で
行つた。なお、これらの電池のセパレータは、通常用い
られる微孔性のポリプロピレンフイルムを用いず、上記
のように不織布のみを使用した、これはデンドライトの
発生を促進して試験を速やかに行うためである。
【0017】負極として円板状のリチウム金属を用い
た。正極は、アモルフアスV25 70重量部、アセチレ
ンブラツク 25重量部、ポリテトラフルオロエチレン 5
重量部を混合した合剤を加圧成形したペレツト状のもの
で約20mAhの容量を持つ。電解液はエチレンカーボネー
トと2−メチルテトラヒドロフランの1:1(体積比)
混合液にLiAsF6を1.5モル/l溶解したものを用い
た。
【0018】この電池の作製に際して、表1の添加剤を
電解液に添加し実施例1〜5の電池を得た。また比較の
ため、添加剤を含まない電池も同様に作製し、比較例1
とした。
【0019】
【表1】
【0020】なお、Aは、エンドメトキシオリゴエチレ
ンオキシポリホスフアゼン(平均分子量210万)、Bは
エンドアリロキシオリゴエチレンオキシポリホスフアゼ
ン(平均分子量1万)、Cはエンドリチウムスルホプロ
ピルオキシオリゴエチレンオキシポリホスフアゼン(平
均分子量90万)を示す。
【0021】実施例6〜8及び比較例2 負極として円板状のリチウム・アルミニウム合金を用い
た。正極は、LiMn24 70重量部、アセチレンブラツ
ク 25重量部、ポリテトラフルオロエチレン 5重量部を
混合した合剤を加圧成形したペレツト状のもので約15m
Ahの容量を持つ。電解液はプロピレンカーボネートと
ジメトキシエタンの1:1(体積比)混合液にLiClO
4を1モル/l溶解したものを用いた。
【0022】この電池の作製に際して、表2の添加剤を
電解液に添加し実施例6〜8の電池を得た。また比較の
ため、添加剤を含まない電池も同様に作製し、比較例2
とした。
【0023】
【表2】
【0024】実施例9〜12及び比較例3 負極として円板状のリチウムを用いた。正極は、LiCo
2 80重量部、アセチレンブラツク 15重量部、ポリテ
トラフルオロエチレン 5重量部を混合した合剤を加圧
成形したペレツト状のもので約15mAhの容量を持つ。電
解液はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートと
ジエトキシエタンの3:4:3(体積比)混合液にLi
PF6を1モル/l溶解したものを用いた。
【0025】この電池の作製に際して、表3の添加剤を
電解液に添加し実施例9〜12の電池を得た。また比較
のため、添加剤を含まない電池も同様に作製し、比較例
3とした。またこれらの電池の充放電範囲は、3Vと4.
2Vとした。
【0026】
【表3】
【0027】以上、実施例で示したように、本発明の電
池は充放電の繰り返しによるデンドライトの発生を強力
に抑制することがわかる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、小型、軽量、薄型でか
つ高エネルギー密度、高信頼性の非水電解液リチウム二
次電池が得られる。しかも、充放電によるデンドライト
の発生を抑制できるため長寿命でより安全な非水電解液
リチウム二次電池として使用でき、種々電気機器等の電
源として極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例のコイン型非水電解液リチウム二
次電池の概略断面図である。
【符号の説明】
1……負極 2……ポリプロピレン製不織布のセパレータ 3……正極合剤 4……負極集電体としてのステンレス製網 5……正極集電体としてのステンレス製網 6……負極缶 7……正極缶 8……ポリプロピレン製環状ガスケツト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弘中 健介 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 新神 戸電機株式会社内 (72)発明者 東本 晃二 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 新神 戸電機株式会社内 (72)発明者 中井 賢治 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 新神 戸電機株式会社内 (72)発明者 中長 偉文 徳島県徳島市川内町加賀須野463番地 大 塚化学株式会社徳島研究所内 (72)発明者 犬伏 昭嘉 徳島県徳島市川内町加賀須野463番地 大 塚化学株式会社徳島研究所内 (72)発明者 笹岡 三千雄 徳島県徳島市川内町加賀須野463番地 大 塚化学株式会社徳島研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも、正極活物質を主体とする正
    極と、リチウムあるいはリチウム合金を活物質とする負
    極と、非水電解液との三者からなる非水電解液二次電池
    であつて、該非水電解液にオリゴエチレンオキシポリホ
    スフアゼン類から選ばれる一種あるいは二種以上を添加
    することを特徴とする非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 上記オリゴエチレンオキシポリホスフア
    ゼン類が、エンドメトキシオリゴエチレンオキシポリホ
    スフアゼン、エンドアリロキシオリゴエチレンオキシポ
    リホスフアゼン、エンドリチウムスルホプロピルオキシ
    オリゴエチレンオキシポリホスフアゼンである請求項1
    の非水電解液二次電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100377415C (zh) * 2001-07-05 2008-03-26 株式会社普利司通 电极稳定剂

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CN100377415C (zh) * 2001-07-05 2008-03-26 株式会社普利司通 电极稳定剂

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