JPH07105977A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH07105977A
JPH07105977A JP5277708A JP27770893A JPH07105977A JP H07105977 A JPH07105977 A JP H07105977A JP 5277708 A JP5277708 A JP 5277708A JP 27770893 A JP27770893 A JP 27770893A JP H07105977 A JPH07105977 A JP H07105977A
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JP
Japan
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aqueous electrolyte
pyridine
negative electrode
battery
carbon material
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JP5277708A
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English (en)
Inventor
Atsushi Suemori
敦 末森
Yoshihiro Shoji
良浩 小路
Yuji Yamamoto
祐司 山本
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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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】正極と、格子面(002)面におけるd値(d
002 )が3.37Å以下である炭素材料を負極材料とす
る負極と、ピリジン又はピリジン誘導体が0.1〜1重
量%添加されてなる非水電解液とを備える。 【効果】炭素材料の表面における非水電解液の分解が、
炭素材料の表面に吸着生成するピリジン又はピリジン誘
導体の被膜により抑制されるので、充放電サイクルの進
行に伴う容量劣化率が小さくサイクル特性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液二次電池に
係わり、詳しくはサイクル特性の改善を目的とした、非
水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】近年、
コークス、黒鉛等の炭素材料が、可撓性に優れること、
樹枝状の電析リチウムの成長に因る内部短絡の虞れが無
いことなどの理由から、従前の金属リチウムに代わる非
水電解液二次電池の新しい負極材料として提案されてい
る。
【0003】しかしながら、結晶性が高い、すなわち黒
鉛化度が大きい炭素材料を負極材料として用いると、充
放電サイクルの進行に伴い炭素負極上で非水電解液がガ
スの発生を伴って分解するため電池容量が次第に低下す
るという問題があった。すなわち、黒鉛化度が大きい炭
素材料には、高容量化が可能であるという利点がある反
面、非水電解液と反応し易いためサイクル特性が良くな
いという欠点があるのである。
【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、黒鉛化度が大きい
炭素材料を負極材料とする非水電解液二次電池のサイク
ル特性を改善することにある。
【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電解液二次電池(以下「本発明電
池」と称する。)は、正極と、格子面(002)面にお
けるd値(d002 )が3.37Å以下である炭素材料を
負極材料とする負極と、非水電解液とを備えてなる非水
電解液二次電池において、前記非水電解液にピリジン又
はピリジン誘導体が0.1〜1重量%添加されているこ
とを特徴とする。
【0006】ピリジン誘導体としては、ピリジンのオル
ト、メタ又はパラの位置の水素原子が炭素数1〜3のア
ルキル基で置換されたアルキルピリジンなどが挙げら
れ、アルキルピリジンの具体例としては、ピコリンのα
体(α−ピコリン)、β体(β−ピコリン)及びγ体
(γ−ピコリン)が代表的なものとして例示される。
【0007】本発明においては、非水電解液にピリジン
又はピリジン誘導体(以下、ピリジン及びピリジン誘導
体を総称して「ピリジン等」と称することがある。)が
添加されており、このピリジン等が炭素材料に吸着され
てリチウムイオン透過性の被膜(保護膜)を炭素材料表
面に形成し、この被膜が非水電解液の分解劣化を抑制す
るのである。
【0008】炭素材料のd002 が3.37Å以下に規制
されるのは、d002 が3.37Å以下の結晶性の高い高
容量の炭素材料を用いた場合に、非水電解液の分解劣化
が特に著しく認められるからである。かかる結晶性の高
い炭素材料としては、黒鉛(天然黒鉛及び人造黒鉛)の
他、例えば高圧処理などにより結晶性を高めてd002
を3.37Å以下にした変性コークスが挙げられる。
【0009】本発明におけるピリジン等の添加量が非水
電解液の総量に対して0.1〜1重量%に規制されるの
は、同添加量が0.1重量%未満の場合は、充分な厚さ
の被膜が形成されないため、非水電解液の炭素材料表面
での分解を充分に抑制することができなくなり、サイク
ル特性を充分に改善することができないからであり、一
方同添加量が1重量%を越えた場合は、被膜が厚くなり
過ぎてリチウムイオン透過性が悪くなるため、極板の反
応抵抗が増大し、サイクル特性が低下するからである。
【0010】本発明は、結晶性の高い炭素材料を負極材
料として用いた場合に問題となっていた非水電解液の分
解劣化を、当該非水電解液にピリジン等を所定量添加
し、炭素材料の表面に被膜を生成せしめて非水電解液の
分解を抑制し、もってサイクル特性の改善を実現したも
のである。それゆえ、正極材料、非水電解液の溶質及び
溶媒などについては従来非水電解液二次電池用として提
案され、或いは実用されている種々の材料を特に制限な
く用いることが可能である。
【0011】正極材料(活物質)としては、LiCoO
2 、LiNiO2 、LiMnO2 、LiFeO2 が例示
され、また非水系電解液としては、エチレンカーボネー
ト、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネートな
どの有機溶媒や、これらとジメチルカーボネート、ジエ
チルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2
−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの低
沸点溶媒との混合溶媒に、LiPF6 、LiClO4
LiCF3 SO3 などの溶質を0.7〜1.5M(モル
/リットル)の割合で溶かした溶液が例示される。
【0012】
【作用】非水電解液に添加されたピリジン又はその誘導
体が結晶性の高い炭素材料の表面に吸着され、炭素材料
の表面に吸着被膜(保護膜)が形成されるので、炭素材
料表面における非水電解液の分解劣化が抑制される。
【0013】因みに、金属リチウムを負極材料とする非
水電解液二次電池においても、充放電サイクルの進行に
伴い金属リチウムと非水電解液とが反応して反応生成物
(有機物)からなる被膜が金属リチウムの表面に生成
し、この被膜の生成により極板反応抵抗が増大して、サ
イクル特性が低下するという問題がある。しかし、金属
リチウムが負極材料である場合は、たとえ非水電解液に
ピリジン又はその誘導体を添加しても、金属リチウムと
非水電解液との反応生成物被膜の上にピリジン等の吸着
被膜がさらに生成するだけであり、サイクル特性が改善
されることはない。従って、非水電解液へのピリジン又
はピリジン誘導体の添加によるサイクル特性改善効果
は、負極材料が結晶性の高い炭素材料の場合にのみ認め
られる効果と言い得る。
【0014】
【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。
【0015】(実施例1)単3型(AAサイズ)の非水
電解液二次電池(本発明電池)を作製した。
【0016】〔正極〕正極活物質としてのLiCoO2
と導電剤としての人造黒鉛とを重量比9:1で混合して
得た混合物を、ポリフッ化ビニリデンの5重量%N−メ
チルピロリドン(NMP)溶液に分散させてスラリーを
調製し、このスラリーをドクターブレード法にて正極集
電体としてのアルミニウム箔の両面に塗布した後、15
0°Cで2時間真空乾燥して正極を作製した。
【0017】〔負極〕黒鉛粉末(d002 =3.354
Å)を結着剤としてのポリフッ化ビニリデンの5重量%
NMP溶液に分散させてスラリーを調製し、このスラリ
ーをドクターブレード法にて負極集電体としての銅箔の
両面に塗布した後、150°Cで2時間真空乾燥して負
極を作製した。
【0018】〔非水電解液〕エチレンカーボネートとジ
メチルカーボネートとの等体積混合溶媒に、LiPF6
を1Mの割合で溶かし、次いでピリジンを添加混合して
ピリジンを0.5重量%含有する非水電解液を調製し
た。
【0019】〔電池の作製〕以上の正負両極及び非水電
解液を用いて単3型の本発明電池BA1を作製した。な
お、セパレータとしては、ポリプロピレン製の微多孔膜
(ヘキストセラニーズ社製、商品名「セルガード」)を
使用し、これに先の非水電解液を含浸させた。
【0020】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、図示の本発明電池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
極リード4、負極リード5、正極外部端子6、負極缶7
などからなる。正極1及び負極2は、非水系電解液を注
入されたセパレータ3を介して渦巻き状に巻き取られた
状態で負極缶7内に収容されており、正極1は正極リー
ド4を介して正極外部端子6に、また負極2は負極リー
ド5を介して負極缶7に接続され、電池内部で生じた化
学エネルギーを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。
【0021】(実施例2)ピリジンに代えてα−ピコリ
ンを0.5重量%添加混合したこと以外は実施例1と同
様にして、非水電解液を調製した。次いで、この非水電
解液を用いたこと以外は実施例1と同様にして単3型の
本発明電池BA2を作製した。
【0022】(比較例1)ピリジンを添加混合しなかっ
たこと以外は実施例1と同様にして、非水電解液を調製
した。次いで、この非水電解液を用いたこと以外は実施
例1と同様にして単3型の比較電池BC1を作製した。
【0023】〔サイクル特性〕本発明電池BA1,BA
2及び比較電池BC1(サイクル初期の放電容量はいず
れも600mAhである。)について、200mAで充
電終止電圧4.2Vまで充電した後、200mAで放電
終止電圧2.75Vまで放電して、各電池のサイクル特
性を調べた。結果を図2に示す。
【0024】図2は、各電池のサイクル特性を、縦軸に
放電容量(mAh)を、また横軸にサイクル数(回)を
とって示したグラフであり、同図に示すように本発明電
池BA1,BA2の1000サイクル目の放電容量は、
それぞれ581.7mAh(容量劣化率:3.0%)及
び577.8mAh(容量劣化率:3.7%)と大きい
のに対して、比較電池BC1の1000サイクル目の放
電容量は481.2mAh(容量劣化率:20%)と小
さい。このことから、充放電サイクル時の非水電解液の
分解に起因する放電容量の低下が、非水電解液にピリジ
ン等を添加することにより顕著に抑制されることが分か
る。
【0025】〈ピリジン等の添加量とサイクル特性との
関係〉ピリジン又はα−ピコリンの添加量を0.05重
量%、0.1重量%、1重量%、2重量%又は3重量%
としたこと以外は実施例1又は実施例2と同様にして、
本発明電池及び比較電池を作製した。次いで、先と同じ
条件で充放電サイクル試験を行って各電池の1000サ
イクル目の容量劣化率を求め、ピリジン等の添加量とサ
イクル特性との関係を調べた。結果を表1に示す。な
お、表1には、先の図1に示した本発明電池BA1及び
比較電池BC1の1000サイクル目の容量劣化率も、
比較の便宜のために示してある。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】表1及び表2より、非水電解液に対するピ
リジン又はα−ピコリンの添加量を0.1〜1重量%と
した場合に、容量劣化率を特に小さくすることができ、
優れたサイクル特性を発現する非水電解液二次電池が得
られることが分かる。
【0029】叙上の実施例では、本発明を単3型電池に
適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明電池はそ
の形状に特に制限はなく、扁平型、角型など、他の種々
の形状の非水電解液二次電池に適用し得るものである。
【0030】また、上記実施例では、ピリジン誘導体と
してα−ピコリンを用いる場合を例に挙げて説明した
が、β体、γ体などの外、他のピリジン誘導体を用いた
場合にも同様の優れたサイクル特性を発現する非水電解
液二次電池を得ることが可能である。
【0031】
【発明の効果】炭素材料の表面における非水電解液の分
解が、炭素材料の表面に生成したピリジン又はピリジン
誘導体の被膜により抑制されるので、本発明電池は充放
電サイクルの進行に伴う容量劣化率が小さくサイクル特
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】単3型の本発明電池の断面図である。
【図2】本発明電池及び比較電池のサイクル特性を示す
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 西尾 晃治 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 (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】正極と、格子面(002)面におけるd値
    (d002 )が3.37Å以下である炭素材料を負極材料
    とする負極と、非水電解液とを備える非水電解液二次電
    池において、前記非水電解液にピリジン又はピリジン誘
    導体が0.1〜1重量%添加されていることを特徴とす
    る非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】前記ピリジン誘導体が、α−ピコリン、β
    −ピコリン又はγ−ピコリンである請求項1記載の非水
    電解液二次電池。
JP5277708A 1993-10-08 1993-10-08 非水電解液二次電池 Pending JPH07105977A (ja)

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