JPH1012272A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JPH1012272A JPH1012272A JP8156924A JP15692496A JPH1012272A JP H1012272 A JPH1012272 A JP H1012272A JP 8156924 A JP8156924 A JP 8156924A JP 15692496 A JP15692496 A JP 15692496A JP H1012272 A JPH1012272 A JP H1012272A
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- secondary battery
- solvent
- electrolyte secondary
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
パレータ、非水電解液からなる二次電池であって、該非
水電解液が、下記(a)、(b)、(c)および(d)
成分を含有し、かつJIS−K2810に準拠するタグ
式引火点測定試験で測定される該非水電解液の引火点が
50℃以上であることを特徴とする非水電解液二次電池 (a)比誘電率50以上の高誘電率溶媒 (b)25℃における粘度が1センチポイズ以下の低粘
度溶媒 (c)フッ素系アルカンか含フッ素エーテル (d)電解質。
Description
性に優れ、しかも低温特性に優れた新規な非水電解液二
次電池に関するものである。このものは特に電気自動車
用電池に有用である。
電圧・高エネルギー密度を有し、かつ貯蔵性に優れてい
ることから、ハンディビデオカメラや携帯用パソコン等
の民生用電子機器の電源として広く用いられている。か
かる非水電解液二次電池の非水電解液を構成する非水溶
媒としては、高誘電率溶媒であるプロピレンカーボネー
ト(PC)と、低粘度溶媒である1,2−ジメトキシエ
タン(DME)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−
MeTHF)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチ
ルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネー
ト(DEC)等との混合溶媒が、高い導電率を有し、サ
イクル特性を向上させることができる溶媒として提案さ
れている。
ーボネート系の溶媒を使用しても、リチウム二次電池の
サイクル特性を十分に向上させることはできないことが
特開平7−240232号公報に指摘されている。さら
には環境問題等から電気自動車が注目を集めており、エ
ネルギー密度が高く、かつ密閉型でメンテナンスフリー
の非水電解液二次電池を電気自動車用に用いることが提
案されているが、一般に低粘度溶媒は引火点が低いため
発火の危険性がある。特に電気自動車用の大型電池では
放熱が少ないため、過充電や短絡時に電池内部温度の上
昇が大きく、電解液の分解や蒸発による内圧の上昇によ
る電池の破裂および電解液の流出、発火を招きやすい。
池として、特開平7−240232号公報はリチウムを
ドープ、脱ドープできる材料、金属リチウム又はリチウ
ム合金からなる負極と、正極と、非水溶媒に電解質が溶
解されている非水電解液とを備える非水電解液二次電池
において、非水溶媒が、次式
くとも1つは、F、Cl又はBrを表わす。)で表わさ
れる環状カーボネートを含むことを特徴とするコイン型
非水電解液二次電池を提案する。又、特開平8−370
24号公報は、正極、負極及び有機電解液を基本構成と
する二次電池であって、該有機電解液が、含フッ素エー
テルを含有することを特徴とする非水電解液二次電池を
提案する。
イクル特性は改良されるものの、その目的としているの
は低温特性の優れた小型の二次電池の提供であるので、
電気自動車の電池のような難燃性については検討がなさ
れていない。
の危険性がないために安全性に優れ、しかも低温特性に
優れた非水電解液二次電池の提供を目的とする。
負極活物質、セパレータ、および非水電解液からなる非
水電解液二次電池であって、前記非水電解液が下記
(a)、(b)、(c)および(d)成分を含有し、か
つJIS−K2810に準拠するタグ式引火点測定試験
で測定される該非水電解液の引火点が50℃以上である
ことを特徴とする非水電解液二次電池を提供するもので
ある。
度溶媒 (c)分子式(I) CpHqNrOsFt (I) (式中、pは4〜10、qは0〜21、rは0〜4、s
は0〜6およびtは1〜22の数である。)で表わされ
る含フッ素有機溶媒 (d)電解質。
粘度溶媒の混合溶媒に、更に含フッ素有機溶媒を特定量
含有させ、JIS−K2810に準拠するタグ式引火点
測定試験で測定される非水電解液の引火点を50℃以上
とすることができ、従来の電池性能を損なうことなく、
電池の安全性を高めることができる。
は、例えば図1に示すような筒状型電池である。図中、
1は正極、2は負極、3は正極リード端子、4は負極リ
ード端子、5はセパレータ、6は電池容器、7は電池封
口板、8はパッキング、9と10は絶縁板である。
リチウム合金であってもよいが、より安全性の高いリチ
ウムを吸蔵、放出できる炭素材料が好ましい。この炭素
材料は特に限定されないが、黒鉛及び、石炭系コーク
ス、石油系コークス、石油系ピッチの炭化物、石油系ピ
ッチの炭化物、ニードルコークス、ピッチコークス、フ
ェノール樹脂・結晶セルロース等の炭化物等及びこれら
を一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチ
レンブラック、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。負極
は、負極活物質と結着剤(バインダー)とを溶媒でスラ
リー化したものを塗布し、乾燥してシート状物として使
用される。
はインターカレーションできる金属酸化物系化合物、カ
ルコゲナイト系化合物等が好ましく、LixCoO2 、
LixMnO2 、LixMn2 O4 、LixV2 O3 、
LixTiS2 等が挙げられる。正極は、正極活物質と
結着剤(バインダー)と導電剤とを溶媒でスラリー化し
たものを塗布し、乾燥してシート状物としたものが用い
られる。
ダー)としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
テトラフルオロエチレン、EPDM(エチレン−プロピ
レン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタ
ジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエン
ゴム)、フッ素ゴム等が掲げられる。正極の導電剤とし
ては、黒鉛の微粒子、アセチレンブラック等のカーボン
ブラック、ニードルコークス等の無定形炭素の微粒子等
が使用されるが、これらに限定されない。
剤を溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチ
ルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセト
アミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸
メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−
N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシ
ド、テトラヒドロフラン等を掲げることができる。ま
た、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテック
スで活物質をスラリー化する場合もある。負極の集電体
を用いる場合には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッ
ケルメッキ鋼等が使用され、正極集電体を用いる場合に
は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等
が使用される。
性の高分子フィルムが用いられ、ナイロン6、ナイロン
66等のポリアミド、セルロースアセテート、ニトロセ
ルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリ
フッ化ビニリデンや、ポリプロピレン、ポリエチレン、
ポリブテン等のポリオレフィン系高分子よりなる物が用
いられる。セパレータの化学的及び電気化学安定性は重
要な因子である。この点からポリオレフィン系高分子が
好ましく、電池セパレータの目的の一つである自己閉塞
温度の点からポリエチレン製であることが好ましい。
状維持性の点から超高分子量ポリエチレンであることが
好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、更に
好ましくは100万、最も好ましくは150万である。
他方分子量の上限は、好ましくは500万、更に好まし
くは400万、最も好ましくは300万である。分子量
が大きすぎると、流動性が低すぎて加熱されたときセパ
レータの孔が閉塞しない場合があるからである。
は、 (a)比誘電率50以上の高誘電率溶媒 (b)25℃における粘度が1センチポイズ以下の低粘
度溶媒 (c)分子式(I) CpHqNrOsFt (I) (式中、pは4〜10、qは0〜21、rは0〜4、s
は0〜6およびtは1〜22の数である。)で表わされ
る含フッ素有機溶媒 (d)電解質 を含有するものであって、JIS−K2810に準拠す
るタグ式引火点測定試験で測定される該非水電解液の引
火点が50℃以上のものである。
に含まれる、比誘電率50以上の高誘電率溶媒として
は、例えばプロピレンカーボネート(PC)、エチレン
カーボネート(EC)あるいはこれらの混合溶媒等を使
用することが好ましい。この高誘電率溶媒は、非水電解
液中、20〜80重量%、好ましくは、40〜60重量
%含有される。
(ブルックフィールド粘度)が1センチポイズ以下の低
粘度溶媒としては1,2−ジメトキシエタン(DM
E)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカー
ボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EM
C)、あるいはこれら2種以上の混合溶媒等を使用する
ことができる。
えては、二次電池のサイクル特性が低いし、二次電池の
電流密度を高くした際、電池の容量が低くなる。 (a)高誘電率溶媒に対する(b)低粘度溶媒の容積比
率(a:b)は、1:3〜8:1、好ましくは1:4〜
2:1である。この比率より低粘度溶媒が多いと電解質
の解離度が下がり、電気伝導性が低下するため所望の電
池特性が発現せず好ましくない。低粘度溶媒は、非水電
解液中、10〜60重量%、好ましくは30〜50重量
%含有される。
媒と低粘度溶媒の混合溶媒に電解質を溶解したものが通
常電解液に用いられるが、特に低粘度溶媒の引火点が低
いため電解液が電池容器から何らかの要因で噴出した場
合発火の危険性がある。そこで本発明では自己不燃性で
電気化学的および化学的に安定な前記式(I)で示され
る含フッ素有機溶媒を電解液中に混合することで電池の
性能を損なうことなく、電解液の引火点を引き上げ、電
池の安全性を向上させる。
I ) F(CF2 )a F (III ) (式中、aは5〜8の数である。)で示されるフッ素系
アルカン、式(IV)
の直鎖あるいは分岐の1価または2価の炭化水素基、あ
るいは1個以上のフッ素原子を含む直鎖あるいは分岐の
1価または2価のフッ素置換炭化水素基を表わすが、そ
れぞれは、同一あるいは異なっていてもよい。R1 、R
2 、R3 のうちの少なくとも1つに、1個以上のフッ素
原子を含む。bは、0〜8の数である。)で示される含
フッ素鎖状エーテル化合物が挙げられる。
しては、例えばC5 F12、C6 F14、C7 F16、C8 F
18が、式(IV)で示される含フッ素鎖状エーテル化合物
としては、次の式で示されるものが利用できる。
HCF2 OCH3 、CF3 CF2 CH2 OCF2 CF2
H、HCF2 CF2 OCH3 、HCF2 CF2 OC2 H
5 、CF3 CH2 OCH2 CF3 、C4 H9 OCF2 C
F2 H、F(CF2 )3 CH2 NH2 、F(CF2 )7
CH2 NH2 、CF3 C2 OCHF2 、C3 F7 OCH
FCF3 、(CF3 )2 CHOCH2 F、F[CF(C
F3 )CF2 O]2 CHFCF3 、(CF3 )2 CFO
CH2 CH=CH2 、CF3 (CF2 )2 CH2 OCH
2 CH=CH2 、CF3 (CF2 )6 CH2 OCH2 C
H=CH2 、CF3 CHFCF2 OCH2 CH=C
H2 、CHF2 CF2 OCH2 CH=CH2 、CF3 C
H2 OCF=CF2 、CF3 CH2 OCH=CH2 、C
F3 OCF=CF2 、CH3 O−[CH(CF3 )CH
2 O]n −CH3 (n=1〜7)
ルアンが好ましい。この含フッ素有機溶媒の25℃にお
ける蒸気圧は、好ましくは25〜760mmHg、より
好ましくは50〜600mmHg、最も好ましくは70
〜500mmHgである。蒸気圧が高すぎると電池の内
圧が上昇し、破裂する恐れがある。
水電解液中、0.5〜30重量%、好ましくは5〜30
重量%含有される。この(c)成分の含有割合が少いと
二次電池の不燃化の改良効果が劣る。又、逆に多いと電
気伝導性が低下し、所望の電池特性が発現しない。
O4 、LiAs F6 、LiCF3 SO3 、LiCF 3 C
HFCF2 SO3 、LiCF2 HCF2 SO3 、LiC
F2 HSO3 、LiBF4 、LiPF6 、Li(CF3
SO2 )2 Nなどを単独で、あるいは複数を混合して上
記溶媒に溶解して用いることができる。電解液中の電解
質濃度は0.5〜2.0モル濃度の範囲が最も好まし
い。この値が小さすぎても大きすぎても溶液の電気伝性
が低下し、所望の電池特性が発現せず好ましくない。
り高いことが望まれるが、民生用電子機器の電源として
用いる場合の機器の内温や、電気自動車の電池室内温等
を考えるとJIS−K2810に準拠するタグ式引火点
測定試験で測定される引火点が50℃以上、好ましくは
55〜400℃である。
液の多量に存在する大型電池に適用するのが効果的であ
る。特に電気自動車用や夜間電力貯蔵用の大型電池では
放熱が少ないため、過充電や短絡時に電池内部温度の上
昇が大きく、電解液の分解や蒸発による内圧の上昇によ
る電池の破裂および非水電解液の流出、発火を招きやす
い。この際何らかの原因で電解液が引火することが考え
られるので、非水電解液の引火点を高くすることは電池
の安全上非常に重要となる。
説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り以下の
実施例によって限定されるものではない。尚、実施例中
の評価方法は下記のとおりである。実施例および比較例
中、「部」とあるのは「重量部」を示す。
ニードルコークス90部(重量割合;特に記述のない場
合は以下同様)を、ポリフッ化ビニリデン10部のN−
メチルピロリドン溶液(2重量%)と混合し、負極合剤
スラリーとした。20μm厚さの銅箔の両面に塗布し、
乾燥して溶媒を蒸発させ、ロール処理をして負極を作製
した。
5cm、厚さは片面250μmとした。銅箔の左右に
は、左に25mm、右に15mmの耳を残して負極合剤
を塗布するように設計してある。尚、単電池の端を構成
する電極は負極合剤を片面のみに塗布したものである。
コバルト2モルとをボールミルで混合粉砕し、850℃
で5時間空気中で加熱処理した後、再度ボールミルで混
合粉砕し、更に850℃で5時間空気中で加熱処理した
もの90部に、導電剤としてアセチレンブラックを5部
加えて混合したものをポリフッ化ビニリデン5部のN−
メチルピロリドン溶液(2重量%)と混合し、正極合剤
スラリーとした。25μm厚さのアルミニウム箔の両面
に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させ、ロール処理をして
正極を作成した。
5cm、厚さは片面250μmとした。アルミニウム箔
の左右には、右に25mm、左に15mmの耳を残して
正極合剤を塗布するように設計してある。尚、単電池の
端を構成する電極は正極合剤を片面のみに塗布したもの
である。
子量(粘度平均)2×106 の超高分子量ポリエチレン
粉末20部とセリルアルコール80部とを押出機に供給
して230℃で混練しながら連続的にTダイよりフィル
ム状に押し出した後、機械方向に溶融変形を加え、膜厚
50μmのフィルムを得た。得られたフィルムを80℃
のイソプロピルアルコール中に浸漬し、セリルアルコー
ルをフィルム中から抽出除去し、次いで、表面温度12
5℃の加熱ピンチロールにて30秒間熱処理して25μ
mの膜厚の多孔性フィルムを得た。
にセパレータを介して積層し単電池を組み立てた。その
際、両端の電極は電極合剤を片面のみ塗布したものを使
用した。負極及び正極をそれぞれ別々に金属棒を溶接
し、負極と正極とがそれぞれ別々に電気的に接続された
集電体が形成される。
を以て締め付けた。上記の大きさの電極を26組と半分
(両端の電極は片面のみ電極合剤が塗布されているので
半分となる)を積層すると、約350Whの充放電容量
を有する単電池12を作製した。
0-2Torr以下で真空脱気した後、Arガスで置換し
ておいたドライボックスの中に投入した。図2に示すよ
うに上記単電池10個を隔壁を備えたポリプロピレン製
の容器6に収納し、非水電解液11を注入して、上蓋7
を閉めた。この時、上蓋を貫通して、各単電池の負極端
子、正極の端子が容器の上部に突きだした形とした。こ
の端子を上蓋の貫通部分で、適当な封止剤で封止した。
この時、ポリプロピレン製の容器上部に直径10mmの
穴をあけておいた。
のエチレンカーボネート(引火点160℃)と低粘度溶
媒の1,2−ジメトキシエタン(引火点1℃)との割合
が1:1の混合溶媒85部に、含フッ素有機溶媒である
フッ素系アルカンC6 F14(引火点なし)を15部配合
し、更に電解質であるヘキサフルオロリン酸リチウム塩
(LiPF6 )を1モル/リットルを溶解して非水電解
液を調製した。
拠するタグ式引火点測定試験により引火点を測定したと
ころ、60℃であった。二次電池は25℃雰囲気下、1
mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が4.2Vに達す
るまで充電した後、接着剤を塗布したゴム栓で容器上部
の穴に蓋をした。
上記の組電池を25℃雰囲気下、正極端子と負極端子間
を銅線で短絡し、保管したところ、電池の変形はなかっ
た。又、あらかじめ着火源を穴の上部10cmの位置に
かざして引火性テストを行ったが、電解液には引火せ
ず、従って電池の燃焼に至らなかった。二次電池の評価
温度25℃を、40℃および50℃と変えて引火性を評
価したが、いずれも引火しなかった。結果をまとめて表
1に示す。
トと低粘度溶媒の1,2−ジメトキシエタンとの割合が
1:1の混合溶媒に電解質であるヘキサフルオロリン酸
リチウム塩(LiPF6 )を1モル/リットルを溶解し
たものを用いる他は実施例1と同様にして評価した。
組電池を25℃雰囲気下、正極端子と負極端子間を銅線
で短絡したところ、しばらくして電池が膨れると共に容
器上部の穴のゴム栓がはずれ電解液が噴出した。あらか
じめ、着火源を穴の上部10cmの位置にかざしておい
たところ、電解液が引火し電池が燃焼するに至った。以
下、同様にして電池の置かれる温度を40℃、50℃と
変えて評価した結果をまとめて表1に示す。
チレンカーボネートと低粘度溶媒の1,2−ジメトキシ
エタンとの割合が1:1の混合溶媒80部に、含フッ素
エーテル(CF3 )2 ・CH・C2 OCH3 (引火点な
し)20部を配合し、更に電解質であるヘキサフルオロ
リン酸リチウム塩(LiPF6 )を1モル/リットルを
溶解して非水電解液を調製した。
拠するタグ式引火点測定試験により引火点を測定したと
ころ、55℃であった。実施例1と同様に25℃雰囲気
下、電池の短絡試験および引火性テストを行ったが、電
解液には引火せず、従って電池の燃焼に至らなかった。
の組立電池の電池特性(サイクル性)は同等であった。
性を損なうことなく、その安全性を著しく向上できた。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 正極活物質、負極活物質、セパレータ、
および非水電解液からなる非水電解液二次電池であっ
て、前記非水電解液が下記(a)、(b)、(c)およ
び(d)成分を含有し、かつJIS−K2810に準拠
するタグ式引火点測定試験で測定される該非水電解液の
引火点が50℃以上であることを特徴とする非水電解液
二次電池。 (a)比誘電率50以上の高誘電率溶媒 (b)25℃における粘度が1センチポイズ以下の低粘
度溶媒 (c)分子式(I) CpHqNrOsFt (I) (式中、pは4〜10、qは0〜21、rは0〜4、s
は0〜6およびtは1〜22の数である。)で表わされ
る含フッ素有機溶媒 (d)電解質。 - 【請求項2】 (c)成分の含フッ素有機溶媒の25℃
における蒸気圧が25〜760mmHgであることを特
徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項3】 (c)成分の式(I)で表わされる含フ
ッ素有機溶媒が、C 5 F12、C6 F14、C7 F16、C8
F18、(CF3 )2 CH−CF2 OCH3 、CF3 CF
2 CH2 OCF2 CF2 HおよびCF3 (CF2 )3 O
CH3 より選ばれた溶媒である請求項1記載の非水電解
液二次電池。 - 【請求項4】 (c)成分の含フッ素有機溶媒は、非水
電解液中、0.5〜30重量%含有されることを特徴と
する請求項1に記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項5】 (d)成分の高誘電率溶媒がエチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネートより選ばれたもの
であり、(b)成分の低粘度溶媒が1,2−ジメトキシ
エタン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、エチルメチルカーボネートより選ばれたものであ
り、両者の混合比a:bは容量比で1:3〜8:1ある
ことを特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項6】 電解質が、LiClO4 、LiAs
F6 、LiPF6 、LiBF4 、LiB(C
6 H5 )4 、LiCl、LiBr、CH3 SO3 Liお
よびCF3 SO3 Liより選ばれたリチウム塩である請
求項1記載の非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8156924A JPH1012272A (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8156924A JPH1012272A (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1012272A true JPH1012272A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15638355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8156924A Pending JPH1012272A (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1012272A (ja) |
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