JPH09171839A - 非水溶媒電解液を有する二次電池 - Google Patents

非水溶媒電解液を有する二次電池

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JPH09171839A
JPH09171839A JP7348164A JP34816495A JPH09171839A JP H09171839 A JPH09171839 A JP H09171839A JP 7348164 A JP7348164 A JP 7348164A JP 34816495 A JP34816495 A JP 34816495A JP H09171839 A JPH09171839 A JP H09171839A
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lithium
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electrolyte
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克也 林
Shinichi Tobishima
真一 鳶島
Junichi Yamaki
準一 山木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐高電圧に優れ、かつ負極の充放電特性が優
れたリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】 リチウムイオンを充放電可能な負極と、
リチウムイオンと可逆的な電気化学反応可能な正極、及
び非水溶媒にイオン解離性のリチウム塩を溶解した電解
液を有する二次電池において、上記非水溶媒に、一般式
RSCN(式中Rは有機基を示す)で表される構造を持
つチオシアン酸エステルを用いる非水溶媒電解液を有す
る二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、高電圧、高
エネルギー密度で、充放電容量が大きい非水溶媒電解液
を有する二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯用電子機器の小型軽量化が進み、そ
の電源として高エネルギー密度電池の開発が要求されて
いる。このような要求に答える電池として、リチウムイ
オンを充放電可能な負極と、リチウムイオンを充放電可
能な正極を有する高性能二次電池の開発が期待されてい
る。リチウムイオンを充放電可能な負極としては、例え
ば、(i)リチウム金属負極、(ii) リチウムイオンを
充電及び放電可能なリチウム合金負極、(iii)リチウム
イオンを充放電可能な負極活物質保持体を主体とする負
極が挙げられる。上記(ii) のリチウムイオンを充放電
可能なリチウム合金負極としては、例えば、LiとAl
を主体とするリチウム合金、LiとCd、In、Pb、
Bi等とのリチウム合金、LiとMgのリチウム合金等
が知られている。また、上記(iii)のリチウムイオンを
充放電可能な負極活物質保持体を主体とする負極として
は、例えば、種々の炭素材料、Nb2 5 、WO2 、F
23 等の金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアセチ
レン等の高分子化合物等を用いることが試みられてい
る。また、上記のリチウムイオンと可逆的な電気化学反
応可能(充電及び放電可能)な正極としては、例えば、
Lix CoO2 (0≦x≦1)、Lix NiO2 (0≦
x≦1)、Lix Mn2 4 (0≦x≦1)、結晶ある
いは非結晶のV2 5 、ポリアニリン、ポリピロール等
を用いることが検討されている。本明細書では、これら
のリチウムイオンを充放電可能な電池のことをリチウム
二次電池と称する。この種の電池として、負極活物質保
持体として炭素を、正極活物質としてLiCoO2 を使
用した電池、負極活物質保持体として炭素を、正極活物
質としてV2 5 を使用した電池、負極活物質保持体と
してNb2 5 を、正極活物質としてV2 5 を使用し
た電池が既に市販されている。この種のリチウム二次電
池には、充放電サイクル寿命が長いことが基本的に要求
され、充放電性能は選択した非水電解液材料によって大
きく影響される。使用する非水電解液には負極活物質保
持体あるいはリチウム金属に対する化学的安定性(耐還
元性が高い)が要求される。また、この種の電池の電圧
が4V付近の高電圧である場合には、電解液には高い耐
酸化性能(酸化電位が高いこと)を有することも要求さ
れる。したがって、この種の電池に使用される非水電解
液には、負極の充放電性能が良好なこと、耐還元性及び
耐酸化性が高いことが同時に要求される。
【0003】上記の非水電解液に対する要求条件に答え
るために、特に、酸化電位が高い電解液の検討が行われ
ている。例えば、ジエチルカーボネート等のジアルキル
カーボネートやギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル等
の直鎖構造を有するエステル系の溶媒を使用した電解液
が検討されている〔ジャーナル オブ エレクトロケミ
カル ソサエティ(Journal of Electrochemical Socie
ty) 、第136巻、第7号、第1865〜1869頁
(1985)〕。しかし、これらの溶媒を使用した電解
液は酸化電位は高いが、還元電位が低く、リチウムを吸
蔵した負極やリチウム金属との反応性が大きい。また、
アセトニトリル等のニトリルは、高い導電率を有する
が、リチウム金属との反応性が非常に高いために、電解
液の溶媒として用いることができない。負極の充放電特
性が良好なものとして知られているもの(例えば、ジオ
キソランや2−メチルテトラヒドロフラン)はエーテル
類であり、耐還元性は強いが酸化され易く、高電圧電池
の充放電特性や保存性は悪い。更に、プロピレンカーボ
ネート等の環状カーボネートは、酸化電位は、実用上使
用可能な値を有しているが、還元電位はエーテル類より
高く、充分な負極の充放電性能を得られない。このた
め、充放電性能が良好で、耐酸化性が高く、かつ耐還元
性も高いリチウム二次電池用電解液が求められている
が、この条件を満たす電解液は提案されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題点
にかんがみなされたものであり、耐高電圧に優れ、かつ
負極の充放電特性が優れたリチウム二次電池を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は非水溶媒電解液を有する二次電池に関する発明で
あって、リチウムイオンを充放電可能な負極と、リチウ
ムイオンと可逆的な電気化学反応可能な正極、及び非水
溶媒にイオン解離性のリチウム塩を溶解した電解液を有
する二次電池において、上記非水溶媒に、一般式RSC
N(式中Rは有機基を示す)で表される構造を持つチオ
シアン酸エステルを用いることを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明によれば、例えば、正極としてリチウムとコ
バルトの複合酸化物、リチウムとニッケルの複合酸化
物、リチウムとマンガンの複合酸化物、リチウムと鉄の
複合酸化物、若しくは、上記複合酸化物のそれぞれコバ
ルト、ニッケル、マンガン、鉄を他の遷移金属で一部置
換したものを用いることができる。リチウムイオンを充
放電可能な負極材料としては、1)リチウム金属負極、
2)リチウムイオンを充電及び放電可能なリチウム合金
負極、例えば、LiとAlを主体とするリチウム合金、
LiとCd、In、Pb、Bi等とのリチウム合金、
3)リチウムイオンを充放電可能な負極活物質保持体を
主体とする負極、例えば、種々の炭素材料、Nb
2 5 、WO2 、Fe2 3 等の金属酸化物、ポリチオ
フェン、ポリアセチレン等の高分子化合物、Li2.5
0.5 N、Li2.5 Cu0.5 N、Li2.5 Ni0.5 N、
Li3 FeN2 、Li7 MnN4 等の窒化物等を用いる
ことができる。電解液の電解質としてはLiClO4
LiPF6 、LiAsF6 、LiBF4 、LiAlCl
4 、LiCF3 SO3 、LiSbF6 、LiSCN、L
iCl、LiC6 5 SO3 、LiN(CF3 SO2
2 、LiC(CF3 SO2 3、LiCF3 SO3 等の
リチウム塩を、単独又は2種以上混合して用いることが
できる。非水溶媒電解液の溶媒として、チオシアン酸エ
ステル、例えば、チオシアン酸メチル、チオシアン酸エ
チル、チオシアン酸プロピル、チオシアン酸ブチル等の
飽和炭化水素基を有するエステル、チオシアン酸ビニ
ル、チオシアン酸アリル等の不飽和炭化水素基を有する
エステル、チオシアン酸ベンジル等の芳香族基を有する
エステル、また、窒素、リン、硫黄を含有する置換基を
有するエステルを電解液の溶媒に用いることによって長
寿命であってエネルギー密度の高い非水溶媒電解液を有
する二次電池を提供することができる。
【0007】本発明の非水溶媒電解液を有する二次電池
においては、例えば、次のような特徴を有する。すなわ
ち正極活物質としてリチウムとマンガンの複合酸化物を
用いた電池は安価でサイクル寿命が長いという特徴を有
している。リチウムとコバルトの複合酸化物を用いた電
池は、電圧が高く、エネルギー密度が大きいという特徴
を有している。リチウムとニッケルの複合酸化物を用い
た電池は、充放電容量が大きく、エネルギー密度が大き
いという特徴を有している。リチウムと鉄の複合酸化物
を用いた電池は安価で軽いという特徴を有している。ま
た、上記複合酸化物のそれぞれコバルト、ニッケル、マ
ンガン、鉄を他の遷移金属で一部置換したものは、置換
することにより特に結晶構造が安定し充放電寿命が長く
なるという特徴を有する。電解液には、耐還元性及び耐
酸化性が高く、高い導電率を実現できる物、特にチオシ
アン酸アルキルを溶媒に用いることにより、長い充放電
寿命を達成することができる。
【0008】
【実施例】以下に実施例及び比較例を用いて、本発明の
効果を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されな
い。
【0009】図1は本発明による非水溶媒電解液を有す
る二次電池の断面図である。図1において、1はステン
レス製の負極ケースである。2は負極であり、ここで
は、所定の厚さのリチウム箔を直径16mmに打ち抜い
たものを1に圧着したものである。3は非水溶媒を用い
た電解液であり、非水溶媒として、本発明に従って、チ
オシアン酸エステルを用いる。4はポリプロピレン又は
ポリエチレンの多孔質フィルムからなるセパレータであ
る。5はステンレス製正極ケースである。6は正極であ
るが、実施例においては5で代用した。7はガスケット
であり負極ケース1は正極ケース5との間の電気的絶縁
を保つと同時に、負極ケース開口縁が内側に折り曲げら
れ、かしめられることによって、電池内容物を密閉、封
止している。
【0010】実施例1〜4及び比較例1 チオシアン酸アルキルのアルキル基を変化させ、過塩素
酸リチウムLiClO4 を1M溶解した電解液を作製
し、ステンレス板上にリチウムを電気化学的に2mAh
電析させた後、これを電気化学的に放電溶解させた時の
充放電効率の20サイクルまでの平均値、及び比較例と
して1M LiClO4 −PC/DME電解液を用いた
時の値をそれぞれ表1に示す。なお、比較例で使用した
PCはプロピレンカーボネート、DMEは1,2−ジメ
トキシエタンの略号である。表1に示した結果からチオ
シアン酸アルキルが高い特性を示していることがわか
る。なお、これらは電解質をLiPF6 、LiBF4
LiAsF6 等にしてもほぼ同様である。
【0011】
【表1】
【0012】実施例5〜8及び比較例2 チオシアン酸アルキルに過塩素酸リチウムLiClO4
を1M溶解した電解液を用い、負極として、炭素の一種
であるアセチレンブラック(層間距離は3.47〜3.
48オングストローム)を用いて、図1に示したコイン
電池(直径23mm、厚さ2mm)を作製した。また、
本発明の効果を示すための比較として、1M LiCl
4 −PC/DME電解液を用いた以外は上記と同一の
コイン電池を作製した。これらの電池について、0.5
mA/cm2 の放電及び充電電流密度で、放電電圧の下
限を0V、充電電圧の上限を2.0Vとする電圧規制充
放電サイクルを繰り返した。この試験は、放電によりア
セチレンブラックにリチウムを吸蔵し、充電によりアセ
チレンブラックに吸蔵されたリチウムを放出する試験で
あり、負極保持体(この実施例では、アセチレンブラッ
ク)にリチウムを吸蔵した負極の充放電性能に与える電
解液材料の影響を知るための試験である。この試験にお
ける、アセチレンブラック重量当りの放電容量とサイク
ル数の関係を表2に示す。表2の結果からチオシアン酸
アルキルが高い特性を示していることがわかる。なお、
これらは電解質をLiPF6 、LiBF4 、LiAsF
6 等にしてもほぼ同様である。
【0013】
【表2】
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電解液
にチオシアン酸エステル、特にアルキルエステルを用い
ることにより、充放電特性に優れた非水溶媒電解液を有
する二次電池を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池の断面図である。
【符号の説明】
1:ステンレス製の負極ケース、2:負極、3:非水溶
媒を用いた電解液、4:セパレータ、5:ステンレス製
正極ケース、6:正極、7:ガスケット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムイオンを充放電可能な負極と、
    リチウムイオンと可逆的な電気化学反応可能な正極、及
    び非水溶媒にイオン解離性のリチウム塩を溶解した電解
    液を有する二次電池において、上記非水溶媒に、一般式
    RSCN(式中Rは有機基を示す)で表される構造を持
    つチオシアン酸エステルを用いることを特徴とする非水
    溶媒電解液を有する二次電池。
JP34816495A 1995-12-19 1995-12-19 非水溶媒電解液を有する二次電池 Expired - Lifetime JP3209319B2 (ja)

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WO2023096036A1 (ko) * 2021-11-26 2023-06-01 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 비수 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

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