JPH10189045A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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- JPH10189045A JPH10189045A JP9180395A JP18039597A JPH10189045A JP H10189045 A JPH10189045 A JP H10189045A JP 9180395 A JP9180395 A JP 9180395A JP 18039597 A JP18039597 A JP 18039597A JP H10189045 A JPH10189045 A JP H10189045A
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Abstract
sF6 、LiSbF6 、LiBF4 、LiBiF4 、L
iAlF4 、LiGaF4 、LiInF4 及びLiCl
O4 から選ばれた少なくとも一種のA電解質塩と、Li
N(Cn F2n+1SO2 )2 〔式中、n=1、2、3又は
4〕及びLiC(Cm F2m+1SO2 )3 〔式中、m=
1、2、3又は4〕から選ばれた少なくとも一種のB電
解質塩とからなる。 【効果】本発明電池は、充電状態での保存特性が良い。
Description
に係わり、詳しくはこの種の二次電池の充電状態での保
存特性(以下、充電保存特性と記す)を改善することを
目的とした、非水電解液の電解質塩の改良に関する。
ム二次電池の電池特性は、使用する非水電解液の種類に
大きく影響される。このため、従来、種々の電解質塩
(溶質)及び溶媒からなる非水電解液が提案されてい
る。例えば、特開平8−31452号公報では、電解質
塩として、溶媒に対する安定性が高く、充放電反応時に
分解しにくいLiN(CF3 SO2 )2 (リチウムパー
フルオロメチルスルホニルイミド)を使用することによ
り、充放電サイクル寿命が向上することが報告されてい
る。
果、LiN(CF3 SO2 )2 を単独使用したリチウム
二次電池には、充電状態で保存した場合の自己放電が著
しいという課題があることが分かった。
課題を解決するべくなされたものであって、電解質塩と
してLiN(CF3 SO2 )2 を単独使用した従来電池
に比べて充電保存特性が格段に良いリチウム二次電池を
提供することを目的とする。
めに、本発明に係るリチウム二次電池(本発明電池)に
おいては、非水電解液の電解質塩として、LiPF6 、
LiAsF6 、LiSbF6 、LiBF4 、LiBiF
4 、LiAlF4 、LiGaF4 、LiInF4 及びL
iClO4 から選ばれた少なくとも一種のA電解質塩
と、LiN(CnF2n+1SO2 )2 〔式中、n=1、
2、3又は4〕及びLiC(Cm F2m+1SO2 )3 〔式
中、m=1、2、3又は4〕から選ばれた少なくとも一
種のB電解質塩とが併用される。
く、またB電解質塩としてはLiN(Cn F2n+1S
O2 )2 〔式中、n=1、2、3又は4〕が好ましく、
中でもLiN(C2 F5 SO2 )2 が特に好ましい。
9〜9:1が好ましい。同モル比がこの範囲を外れる
と、充電保存特性が低下する。
関する。それゆえ、電解質塩以外の他の電池材料につい
ては、リチウム二次電池用として従来公知の材料を使用
することができる。
2 O4 、LiCoO2 、LiNiO2 、LiFeO2 、
LiTiO2 等の、Liと一種の遷移金属との複合酸化
物;及びLiと複数種の遷移金属との複合酸化物が例示
される。Liと複数の遷移金属との複合酸化物として
は、Liと、Co、Ni、Mn及びFeよりなる群から
選ばれた二種以上の遷移金属との複合酸化物が例示され
る。
ム−アルミニウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム−
錫合金等のリチウム合金;黒鉛、コークス、有機物焼成
体等の炭素材料;SnO2 、SnO、TiO2 、Nb2
O3 等の電位が正極活物質に比べて卑な金属酸化物が例
示される。負極材料として炭素材料を使用する場合は、
充電保存特性が良いリチウム二次電池を得る上で、格子
面(002)面の面間隔(d002 )が3.37Å以下
で、c軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が200Å以上
の炭素材料を使用することが好ましい。
ンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(P
C)、ビニレンカーボネート(VC)、ブチレンカーボ
ネート(BC)等の環状炭酸エステルや、これらとジメ
チルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート
(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、
1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエト
キシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EM
E)等の低沸点溶媒との混合溶媒が例示される。なかで
も、本発明で規定する電解質塩との相性が良く、充電保
存特性を向上させる上で特に好ましい溶媒としては、一
種又は二種以上の環状炭酸エステルと一種又は二種以上
の鎖状炭酸エステルとの体積比1:4〜4:1の混合溶
媒が挙げられる。
保存特性が良い。この理由は、電解質塩(A電解質塩及
びB電解質塩)と電極(正極及び負極)との反応によ
り、電極の表面に充電状態でも安定に存在するフッ素含
有被膜が形成され、このフッ素含有被膜が、充電状態で
保存中の電極と非水電解液とが、非水電解液の溶媒の分
解を伴って反応(自己放電)するのを抑制するためと推
察される。
iNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2 、Li2 CoNi0.8
Mn0.2 O4 、LiNi0.5 Co0.3 Mn0.1 Fe0.1
O2等のマンガン含有酸化物を正極活物質の一部又は全
部として使用したリチウム二次電池に適用して特に有用
である。フッ素含有被膜の形成により、充電状態で保存
したときの溶媒の分解、すなわち非水電解液の劣化が抑
制されるのみならず、マンガンの非水電解液への溶出も
抑制されるからである。
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で適宜変更して実施す
ることが可能なものである。なお、マンガン含有酸化物
を正極活物質として使用したリチウム二次電池には、充
電状態における溶媒の分解に因る放電容量の減少という
活物質の種類に殆ど関係しない共通の問題の外に、マン
ガンの溶出に因る放電容量の減少という特有の問題があ
るので、この実施例では、正極にマンガンが含まれない
電池と正極にマンガンが含まれる電池とに分けて実験を
行った。すなわち、実験1〜5は、前者についての実験
であり、実験6〜9は、後者についての実験である。
正極活物質とするリチウム二次電池について、電解質塩
の種類と充電保存特性の関係を調べた。
部と、人造黒鉛粉末5重量部と、ポリフッ化ビニリデン
5重量部のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液
とを混合してスラリーを調製し、このスラリーをアルミ
ニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布して活
物質層を形成した後、150°Cで2時間真空乾燥し
て、正極を作製した。
リフッ化ビニリデン5重量部のNMP溶液とを混合しス
ラリーを調製し、このスラリーを銅箔の両面にドクター
ブレード法により塗布して炭素層を形成した後、150
°Cで2時間真空乾燥して、負極を作製した。
トとジエチルカーボネートとの体積比1:1の混合溶媒
に、LiPF6 を0.5モル/リットル及び表1に示す
B電解質塩を0.5モル/リットル溶かして8種の非水
電解液を調製した。また、同じ混合溶媒に、表1に示す
A電解質塩を0.5モル/リットル及びLiN(C2 F
5 SO2 )2 を0.5モル/リットル溶かして7種の非
水電解液を調製した。さらに、同じ混合溶媒に、LiN
(CF3 SO2 )2 又はLiPF6 を1モル/リットル
を1モル/リットル溶かして、2種の非水電解液を調製
した。
負極及び非水電解液を用いて、AAサイズのリチウム二
次電池(電池寸法:直径14mm;高さ50mm)、す
なわち本発明電池A1〜A15及び比較電池B1,B2
を作製した。なお、いずれの電池もセパレータにポリプ
ロピレン製の微多孔膜を用いた。
5°C)にて、200mAで4.2Vまで定電流充電し
た後、200mAで2.75Vまで定電流放電して、そ
れぞれの電池の保存前の放電容量C1を求めた。次い
で、同じ電池を、25°Cにて、200mAで4.2V
まで定電流充電し、60°Cで20日間保存したのち取
り出して、電池温度を室温に戻した後、200mAで
2.75Vまで定電流放電して、それぞれの電池の保存
後の放電容量C2を求めた。保存前の放電容量C1及び
保存後の放電容量C2から、保存後の容量残存率を下式
に基づき算出した。結果を先の表1に示す。
iN(CF3 SO2 )2 又はLiPF6 をそれぞれ単独
使用した比較電池B1,B2に比べて、保存後の容量残
存率が高く、充電保存特性が良いことが分かる。また、
本発明電池A1〜A15のうち、本発明電池A2の充電
保存特性が特に良いことから、電解質塩としてはLiP
F6 とLiN(C2 F5 SO2 )2 とを併用することが
最も好ましいことが分かる。
正極活物質とするリチウム二次電池について、A電解質
塩とB電解質塩の好適なモル比を調べた。
ートとの体積比1:1の混合溶媒に、表2に示すLiP
F6 とLiN(C2 F5 SO2 )2 との種々のモル比の
混合物を1モル/リットル溶かして非水電解液を調製
し、これらの非水電解液を使用したこと以外は実験1と
同様にして本発明電池A16〜A23を作製し、次いで
実験1と同じ条件の充電保存特性試験を行った。結果を
表2に示す。なお、表2には、本発明電池A2及び比較
電池B1,B2の結果も表1より転記して示してある。
17〜A22の充電保存特性が特に良い。この事実か
ら、LiPF6 とLiN(C2 F5 SO2 )2 とのモル
比が1:9〜9:1の電解質塩を使用することが好まし
いことが分かる。なお、LiPF6 以外のA電解質塩及
びLiN(C2 F5 SO2 )2 以外のB電解質塩を使用
する場合も、両電解質塩のモル比を1:9〜9:1とす
ることが好ましいことを別途確認した。
正極活物質とするリチウム二次電池について、溶媒の種
類と充電保存特性の関係を調べた。
いずれも1:1)に、LiPF6 とLiN(C2 F5 S
O2 )2 とのモル比1:1の混合物を1モル/リットル
溶かして非水電解液を調製し、これらの非水電解液を使
用したこと以外は実験1と同様にして本発明電池A24
〜A27を作製し、次いで実験1と同じ条件の充電保存
特性試験を行った。結果を表3に示す。なお、表3に
は、本発明電池A2の結果も表1より転記して示してあ
る。
4,A25の充電保存特性が特に良い。この事実から、
環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとの混合溶媒を使
用することが好ましいことが分かる。なお、両者の混合
体積比については、1:4〜4:1が好ましいことを別
途確認した。
類(LiCoO2 、LiNiO2 、LiFeO 2 又はL
iTiO2 )と充電保存特性の関係を調べた。
はLiTiO2 を正極活物質として使用したこと以外は
実験1と同様にして、本発明電池A28〜A30を作製
し、次いで実験1と同じ条件の充電保存特性試験を行っ
た。なお、非水電解液としては、エチレンカーボネート
とジエチルカーボネートとの体積比1:1の混合溶媒
に、LiPF6 を0.5モル/リットル及びLiN(C
2 F5 SO2 )2 を0.5モル/リットル溶かしたもの
を使用した。結果を表4に示す。なお、表4には、本発
明電池A2(正極活物質:LiCoO2 )の結果も表1
より転記して示してある。
種類に殆ど関係なく、充電保存特性が良いリチウム二次
電池が得られることが分かる。
正極活物質とするリチウム二次電池について、電解質塩
の種類と充放電サイクル特性の関係を調べた。
ついて、室温にて、200mAで4.2Vまで定電流充
電した後、200mAで2.75Vまで定電流放電する
工程を1サイクルとする充放電サイクル試験を行った。
結果を図1に示す。図1は、各電池の充放電サイクル特
性を、縦軸に放電容量(mAh)、横軸に充放電サイク
ル(回)をとって、示したグラフである。
1,B2に比べて、充放電サイクル特性に優れることが
分かる。
化物を正極活物質とするリチウム二次電池について、電
解質塩の種類と充電保存特性の関係を調べた。
iMn2 O4 とLiCoO2 との混合粉末(両者の重量
比は1:1)90重量部と、人造黒鉛粉末5重量部と、
ポリフッ化ビニリデン5重量部のN−メチル−2−ピロ
リドン(NMP)溶液とを混合してスラリーを調製し、
このスラリーをアルミニウム箔の両面にドクターブレー
ド法により塗布して活物質層を形成した後、150°C
で2時間真空乾燥して、2種の正極を作製した。
5Å;Lc>1000Å)95重量部と、ポリフッ化ビ
ニリデン5重量部のNMP溶液とを混合してスラリーを
調製し、このスラリーを銅箔の両面にドクターブレード
法により塗布して炭素層を形成した後、150°Cで2
時間真空乾燥して、負極を作製した。
トとジエチルカーボネートとの体積比1:1の混合溶媒
に、表5に示す電解質塩(混合電解質塩の混合モル比は
全て1:1)を1モル/リットル溶かして非水電解液を
調製した。
負極及び非水電解液を用いて、AAサイズのリチウム二
次電池(電池寸法:直径14mm;高さ50mm)、す
なわち本発明電池A31〜A46及び比較電池B3,B
4を作製した。本発明電池A31〜A46及び比較電池
B3では、LiMn2 O4 を、比較電池B4では、Li
Mn2 O4 及びLiCoO2 の混合物(両者の重量比は
1:1)を、それぞれ正極活物質として使用した。
験1と同じ条件の充電保存特性試験を行った。結果を先
の表5に示す。
46は、比較電池B3,B4に比べて、充電保存特性が
良い。正極及び負極の表面に充電状態でも安定に存在す
るフッ素含有被膜が形成され、このフッ素含有被膜が電
極と非水電解液との反応、及び、正極活物質に含まれる
マンガンの溶出を抑制したためと考えられる。また、本
発明電池A39〜A46は、本発明電池A31〜A38
に比べて充電保存特性が良い。この事実から、A電解質
塩としては、LiPF6 、LiAsF6 、LiSb
F6 、LiBF4 、LiBiF4 、LiAlF4 、Li
GaF4 又はLiInF4 を使用することが好ましいこ
とが分かる。
を正極活物質とするリチウム二次電池について、A電解
質塩とB電解質塩の好適なモル比を調べた。
ートとの体積比1:1の混合溶媒に、表6に示すLiP
F6 とLiN(C2 F5 SO2 )2 との種々のモル比の
混合物を1モル/リットル溶かして非水電解液を調製
し、これらの各非水電解液を使用したこと以外は本発明
電池A39の作製と同様にして本発明電池A47〜A5
2及び比較電池B5,B6を作製し、次いで実験1と同
じ条件の充電保存特性試験を行った。結果を表6に示
す。なお、表6には、本発明電池A39の結果も表5よ
り転記して示してある。
48〜A51の充電保存特性が特に良い。この事実か
ら、LiPF6 とLiN(C2 F5 SO2 )2 とのモル
比が1:9〜9:1の電解質塩を使用することが好まし
いことが分かる。なお、LiPF6 以外のA電解質塩及
びLiN(C2 F5 SO2 )2 以外のB電解質塩を使用
する場合も、両電解質塩のモル比を1:9〜9:1とす
ることが好ましいことを別途確認した。
を正極活物質とするリチウム二次電池について、溶媒の
種類と充電保存特性の関係を調べた。
いずれも1:1)に、LiPF6 とLiN(C2 F5 S
O2 )2 とのモル比1:1の混合物を1モル/リットル
溶かして非水電解液を調製し、これらの非水電解液を使
用したこと以外は本発明電池A39の作製と同様にして
本発明電池A53〜A56を作製し、これらの電池につ
いて実験1と同じ条件の充電保存特性試験を行った。結
果を表7に示す。なお、表7には、本発明電池A39の
結果も表5より転記して示してある。
53〜A55の充電保存特性が特に良い。この事実か
ら、混合溶媒を使用する場合は、環状炭酸エステルと鎖
状炭酸エステルとの混合溶媒を使用することが好ましい
ことが分かる。なお、二種の炭酸エステルの混合体積比
は、1:4〜4:1が好ましいことを別途確認した。
を正極活物質とするリチウム二次電池について、負極材
料の種類と充電保存特性の関係を調べた。
黒鉛(d002 =3.37Å、Lc=200Å)又はコー
クス(d002 =3.38Å、Lc=20Å)を用いたこ
と以外は本発明電池A39の作製と同様にして本発明電
池A57,A58を作製し、次いで実験1と同じ条件の
充電保存特性試験を行った。結果を表8に示す。なお、
表8には、本発明電池A39の結果も表5より転記して
示してある。
次電池を得る上で、炭素材料としては、コークスよりも
黒鉛を用いる方が好ましいことが分かる。なお、黒鉛と
しては、格子面(002)面の面間隔(d002 )が3.
37Å以下で、c軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が2
00Å以上のものが好ましいことを、別途確認した。
して特定の電解質塩を使用しているので、充電保存特性
が良い。
を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項1】非水電解液の電解質塩が、LiPF6 、L
iAsF6 、LiSbF6 、LiBF4 、LiBi
F4 、LiAlF4 、LiGaF4 、LiInF4 及び
LiClO4 から選ばれた少なくとも一種のA電解質塩
と、LiN(Cn F2n+1SO2 )2 〔式中、n=1、
2、3又は4〕及びLiC(Cm F2m+1SO2 )3 〔式
中、m=1、2、3又は4〕から選ばれた少なくとも一
種のB電解質塩とからなることを特徴とするリチウム二
次電池。 - 【請求項2】非水電解液の電解質塩が、LiPF6 とL
iN(C2 F5 SO2 )2 とからなる請求項1記載のリ
チウム二次電池。 - 【請求項3】A電解質塩とB電解質塩のモル比が、1:
9〜9:1である請求項1記載のリチウム二次電池。 - 【請求項4】非水電解液の溶媒が、環状炭酸エステルと
鎖状炭酸エステルとの体積比4:1〜1:4の混合溶媒
である請求項1記載のリチウム二次電池。 - 【請求項5】正極活物質の一部又は全部がマンガン含有
酸化物である請求項1記載のリチウム二次電池。 - 【請求項6】負極材料が、格子面(002)面の面間隔
(d002 )が3.37Å以下で、且つc軸方向の結晶子
の大きさ(Lc)が200Å以上の炭素材料である請求
項1記載のリチウム二次電池。
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