JPH0896849A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JPH0896849A
JPH0896849A JP6228378A JP22837894A JPH0896849A JP H0896849 A JPH0896849 A JP H0896849A JP 6228378 A JP6228378 A JP 6228378A JP 22837894 A JP22837894 A JP 22837894A JP H0896849 A JPH0896849 A JP H0896849A
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JP
Japan
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electrolyte
secondary battery
battery
carbonate
dicarboxylic acid
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JP6228378A
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English (en)
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Toru Matsui
徹 松井
Kenichi Takeyama
健一 竹山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 過放電を行っても、次の充電過程で充電電圧
が急上昇することなく充電でき、サイクル容量劣化の少
ない信頼性の高い非水電解質二次電池を提供する。 【構成】 正極、アルカリイオン伝導性の非水電解質、
およびアルカリ金属を活物質とする負極を具備し、電解
質は、化1で示される脂肪族飽和ジカルボン酸エステル
を含有する非水電解質二次電池。電解質の主溶媒には、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートおよび
ジエチルカーボネートよりなる群から選ばれる少なくと
も1種を用いる。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解質二次電池、
特に、その電解質の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、プロピレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラ
ン、ジオキソラン等の有機溶媒に、LiClO4、Li
BF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3 等の
溶質を溶かして得られる電解液と、リチウム等のアルカ
リ金属を活物質とする負極を組み合わせた非水電解質電
池は、高エネルギー密度を有するため、電子時計、カメ
ラをはじめとする小型電子機器に広く用いられるように
なった。この種の非水電解質電池を充電可能にする課題
のひとつは、充電過程において負極上に析出するアルカ
リ金属の形態が、樹枝状、フィブリル状、針状という、
いわゆるデンドライトになることである。このデンドラ
イトが著しく成長すると負極と正極の内部短絡、発火と
いう危険性が増加するばかりか、以降の放電過程で溶解
させてもデンドライトの局部的溶解が進行し、一部は電
気的に極板より遊離するためすべてのデンドライトを溶
かし出すことができない。すなわち、充電(析出)量に
対する放電(溶解)量が小さくなり、充放電効率が低下
するとともに、サイクル寿命が短くなる。このような、
課題を解決する方法として、ケトン基を二つ以上含む環
状化合物を添加剤として電解液へ加える試みがある(特
開平5−82168号報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のケトン基を二つ
以上含む環状化合物、例えば無水マレイン酸、無水コハ
ク酸等を添加剤として用いた電池では、電池を0V近く
まで過放電した場合、次の充電過程の初期で電池電圧が
急激に上昇し充分に電池を充電できず、以降の充放電サ
イクルでは極端に充放電容量が少なくなるという不都合
を生じることが判明した。この理由は、ケトン基を二つ
以上含む環状化合物は、ケトン基相互の電子反発と環状
構造のために歪が大きく、負極活物質であるアルカリ金
属により電気化学的に還元分解されやすいためである。
一方、この化合物は、プロピレンカーボネート等の炭酸
エステル類と混合することにより、電池の開回路状態で
は安定に存在する。これは、プロピレンカーボネート等
の炭酸エステル類がリチウム等のアルカリ金属と容易に
反応し、ケトン基を二つ以上含む環状化合物とアルカリ
金属との反応が事実上抑制されるためである。しかし、
電池の閉回路状態では、電池の使用にともなって、活性
なアルカリ金属表面とケトン基を二つ以上含む環状化合
物は接触し、環状化合物は還元分解され負極表面上に強
固な皮膜を形成する。この時の皮膜の厚みは電池が過放
電されるほどますます堆積し強固になる。したがって、
過放電後に電池を充電しようとしても、皮膜を破壊する
ことが容易ではなくなり、充電初期の電圧が急激に上昇
し、電解液の電気化学的に安定な範囲で充電を行うこと
が困難になる。本発明は、このような従来の欠点を除去
するものであり、電池の過放電を行った後も充電を行う
ことができる電解液を得ることによって、サイクル容量
劣化の少ない、充放電サイクル寿命の長い、信頼性の大
きい非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の非水電解質二次
電池は、正極、アルカリイオン伝導性の非水電解質、お
よびアルカリ金属を活物質とする負極を具備し、前記電
解質は、以下の式(1)で示される脂肪族飽和ジカルボ
ン酸エステルを含有するものである。脂肪族飽和ジカル
ボン酸エステルの特に好ましい含有量は、溶媒中5 vol
%以上である。ここで、前記電解質の主溶媒は、エチレ
ンカーボネート、プロピレンカーボネートおよびジエチ
ルカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種
であることが好ましい。また、これらの主溶媒は、溶媒
中特に60 vol%以上であることが好ましい。
【0005】
【化2】
【0006】
【作用】本発明者らが種々考察したところによると、脂
肪族飽和ジカルボン酸エステル化合物は、その直鎖構造
のために、ケトン基相互の電子反発が小さく、また環状
構造に由来する歪もない。したがって、過放電状態で活
性なアルカリ金属と接触しても、アルカリ金属からケト
ン基への電子移動という電気化学的還元分解の起きる頻
度が低減する。また、脂肪族飽和ジカルボン酸エステル
化合物は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ジエチルカーボネート等の炭酸エステル類と混合
することで、一層電気化学的還元分解反応が抑制され、
電池を過放電状態にしても以降の充放電サイクル寿命が
良好に保たれる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。な
お、実施例はすべてアルゴンガス雰囲気下で行った。 [実施例1]エチレンカーボネートとプロピレンカーボ
ネートを体積比で1:1の割合で混合し、この混合溶媒
にLiClO4を1モル/lの割合で溶解し、電解液を
調製した。この電解液にアジピン酸ジメチルを10 vol
%の割合で添加した。このようにして調製した電解液を
用いて図1に示すような偏平型電池を構成した。以下、
図1に基づき説明する。正極1は、LiMn24
末、カーボンブラックおよびポリ四弗化エチレン樹脂粉
末を混合し、チタンのエキスパンドメタル集電体2をス
ポット溶接した正極缶3に加圧成型した。負極4は、円
板状に打ち抜いたリチウムシートをニッケルのエキスパ
ンドメタル5をスポット溶接した封口板6に圧着した。
セパレータ7には、ポリプロピレン製多孔質膜を用い、
前記の電解液を注液後、ガスケット8を介して正極缶3
と封口板6を組み合わせて偏平型電池を構成した。 [比較例1]プロピレンカーボネートとエチレンカーボ
ネートの体積比1:1の混合溶媒にLiClO4を1モ
ル/lの割合で溶解した電解液に無水マレイン酸を10
vol%添加したものを用いたほかは、実施例1と同様に
して電池を構成した。
【0008】以上のように構成した実施例1および比較
例1の電池を、25℃において、2mA/cm2の電流
密度、放電下限電圧2.0V、充電上限電圧3.5Vの
条件で充放電サイクルを繰り返し、10回目の放電時に
1kΩで定抵抗放電を行い、1ヶ月間そのまま放置し
た。図2は、放置直後の電池の2mA/cm2での充電
曲線を描いたものであり、図3は、電池の各サイクルで
の放電容量をプロットしたものである。これらの図よ
り、実施例1の電池は、過放電直後の充電初期における
電池電圧の急激な上昇は見られない。これに対し、比較
例1の電池は、電圧の急激な上昇のために充電上限しき
い値に制御され充分に充電できなくなることがわかる。
【0009】[実施例2]実施例1で用いたエチレンカ
ーボネートとプロピレンカーボネートの混合溶媒の代わ
りに1,3−ジオキソランを用いた。この溶媒にLiC
lO4を1モル/lの割合で溶解し、この電解液にアジ
ピン酸ジメチルを10 vol%の割合で添加したほかは実
施例1と同様にして偏平型電池を構成した。この電池を
25℃において、2mA/cm2の電流密度、放電下限
電圧2.0V、充電上限電圧3.5Vの条件で充放電サ
イクルを繰り返し、10回目の放電時に1kΩの定抵抗
で過放電を行い、1ヶ月間放置した。図4は、過放電前
後における放電容量をプロットしたものである。また、
溶媒にエチレンカーボネートとプロピレンカーボネート
の混合溶媒を用いた実施例1の電池の特性も比較のため
プロットした。図4から、主溶媒としてジオキソランを
用いた場合は、エチレンカーボネートとプロピレンカー
ボネートの混合溶媒を用いた場合に比べて、過放電後の
充放電サイクルにおける放電容量が若干減少することが
わかる。これは、ジオキソランとリチウム負極の反応に
よる保護皮膜の形成が遅く、そのために、アジピン酸ジ
メチルが還元分解されるようになるためである。
【0010】[実施例3]実施例1と同様に、電解液の
主溶媒としてエチレンカーボネートとプロピレンカーボ
ネートの混合溶媒を用い、偏平型電池を作製した。電解
液に添加する脂肪族ジカルボン酸エステルとして、表1
に示すような各種のジメチルエステルを5vol%添加し
た。このように作製した電池を25℃において、2mA
/cm2の電流密度、放電下限電圧2.0V、充電上限
電圧3.5Vの条件で充放電サイクルを繰り返し、放電
容量が1サイクル目の半分になるまでのサイクル数(サ
イクル寿命)を求めた。表1は、本発明の実施例の電池
のサイクル寿命をまとめたものであり、比較のためジメ
チルエステルを添加しない場合のサイクル寿命も記載し
た。表1から、脂肪族飽和ジカルボン酸エステルを添加
した電解液を用いた電池は、そのサイクル寿命は、添加
しない場合に比較して改善されており、特にグルタル酸
ジメチル以上の主鎖炭素数でのエステル化合物で効果が
あることがわかる。
【0011】
【表1】
【0012】[実施例4]電解液の主溶媒としてジエチ
ルカーボネートを用い、LiClO4を1モル/lの割
合で溶解し、電解液を調製した。この電解液に、表2に
示すような各種のアジピン酸ジアルキルエステルを10
vol%添加した。このように調製した電解液を用い、実
施例1と同様な偏平型電池を作製し、2mA/cm2
電流密度、放電下限電圧2.0V、充電上限電圧3.5
Vの条件で充放電サイクルを繰り返し、放電容量が1サ
イクル目の半分になるまでのサイクル数(サイクル寿
命)を求めた。表2は、本発明の実施例の電池のサイク
ル寿命をまとめたものである。表2から、エステル基に
結合するアルキル基がエチル基以上の長さの炭素数をも
つアルキル基を用いた場合にサイクル寿命が特に伸びる
ことがわかる。
【0013】
【表2】
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、過放電を
行っても容量劣化が小さく、またサイクル寿命の長い信
頼性の大きい非水電解質二次電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いた偏平型電池の縦断面図
である。
【図2】実施例1および比較例1の電池の過放電直後の
充電曲線を描いた図である。
【図3】実施例1および比較例1の電池の過放電前後に
おける放電容量をプロットした図である。
【図4】実施例1および実施例2の電池の過放電前後に
おける放電容量をプロットした図である。
【符号の説明】 1 正極 2 正極集電体 3 正極缶 4 負極 5 負極集電体 6 封口板 7 セパレータ 8 ガスケット

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極、アルカリイオン伝導性の非水電解
    質、およびアルカリ金属を活物質とする負極を具備し、
    前記電解質は、化1で示される脂肪族飽和ジカルボン酸
    エステルを含有することを特徴とする非水電解質二次電
    池。 【化1】
  2. 【請求項2】 前記電解質の主溶媒が、エチレンカーボ
    ネート、プロピレンカーボネートおよびジエチルカーボ
    ネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種である請
    求項1記載の非水電解質二次電池。
JP6228378A 1994-09-22 1994-09-22 非水電解質二次電池 Pending JPH0896849A (ja)

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