JPH10334944A - リチウム電池 - Google Patents

リチウム電池

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JPH10334944A
JPH10334944A JP9160399A JP16039997A JPH10334944A JP H10334944 A JPH10334944 A JP H10334944A JP 9160399 A JP9160399 A JP 9160399A JP 16039997 A JP16039997 A JP 16039997A JP H10334944 A JPH10334944 A JP H10334944A
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Yasuyuki Kusumoto
靖幸 樟本
Seiji Yoshimura
精司 吉村
Toshiyuki Noma
俊之 能間
Koji Nishio
晃治 西尾
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】非水電解液の溶媒の一部又は全部が、エチ
レントリチオカーボネート、チエタン、チアン、ジチア
ン、チオラン及びこれらの誘導体よりなる群から選ばれ
た少なくとも一種の、イオウをヘテロ原子とする飽和複
素単環式化合物からなる。 【効果】保存特性の極めて良いリチウム電池が提供され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム電池に係わ
り、詳しくは、保存特性の極めて良いリチウム電池を提
供することを目的とした、非水電解液の溶媒の改良に関
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、
リチウム電池が、エネルギー密度が高いことから、ワー
プロ、パソコン等の携帯機器の駆動用電源、メモリバッ
クアップ用電源などとして使用されている。このリチウ
ム電池では、負極活物質であるリチウムが水と反応し易
いために、電解質塩の溶媒に有機溶媒を使用した非水電
解液が使用される。
【0003】従来、非水電解液の有機溶媒としては、主
に、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
ブチレンカーボネート、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、テトラヒ
ドロフラン、1,3−ジオキソランなどが、単一溶媒又
は混合溶媒の形態で、用いられてきた。
【0004】しかしながら、負極の電位が卑なリチウム
電池には、有機溶媒と負極との反応に因る自己放電が起
こり易いために、電池を保存した際に電池容量が著しく
減少するという課題があった。
【0005】非水電解液と負極(炭素材料)の反応を抑
制する目的で、溶媒としてジオキシドチオフェン化合物
(スルホラン、3−メチルスルホランなど)と非環状ス
ルホン(ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジ
エチルスルホンなど)とを含む混合溶媒を用いることが
特開平8−241732号公報で提案されているが、保
存特性の極めて良いリチウム電池は得られていない。
【0006】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、保存時に自己放電が起こりにくい、保存特性
の極めて良いリチウム電池を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るリチウム電
池(本発明電池)は、非水電解液の溶媒の一部又は全部
が、エチレントリチオカーボネート、チエタン(トリメ
チレンスルフィド)、チアン(テトラヒドロチオピラ
ン)、ジチアン(1,3−ジチアン又は1,4−ジチア
ン)、チオラン(テトラヒドロチオフェン)及びこれら
の誘導体よりなる群から選ばれた少なくとも一種の、イ
オウをヘテロ原子とする飽和複素単環式化合物からな
る。
【0008】エチレントリチオカーボネートの誘導体と
しては、メチルエチレントリチオカーボネート、ジメチ
ルエチレントリチオカーボネート、エチルエチレントリ
チオカーボネート、ジエチルエチレントリチオカーボネ
ート、メチルエチルエチレントリチオカーボネートが、
チエタンの誘導体としては、メチルチエタン、ジメチル
チエタン、エチルチエタン、ジエチルチエタン、メチル
エチルチエタンが、チアンの誘導体としては、メチルチ
アン、ジメチルチアン、エチルチアン、ジエチルチア
ン、メチルエチルチアンが、ジチアンの誘導体として
は、メチルジチアン、ジメチルジチアン、エチルジチア
ン、ジエチルジチアン、メチルエチルジチアンが、チオ
ランの誘導体としては、メチルチオラン、ジメチルチオ
ラン、エチルチオラン、ジエチルチオラン、メチルエチ
ルチオランが、それぞれ例示される。これらのイオウを
ヘテロ原子とする飽和複素単環式化合物は、一種単独を
用いてもよく、必要に応じて二種以上を併用してもよ
い。
【0009】保存特性を改善する上で、エチレントリチ
オカーボネート、チエタン、チアン、ジチアン及びこれ
らの誘導体が好ましく、中でもエチレントリチオカーボ
ネート及びこの誘導体が最も好ましい。
【0010】また、保存特性を改善する上で、上記のイ
オウをヘテロ原子とする飽和複素単環式化合物は、これ
を5〜50体積%と、他の有機溶媒95〜50体積%と
の混合溶媒の形態で用いることが好ましい。この場合の
他の溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレン
カーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボ
ネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、エチルメチルカーボネート、テトラヒドロフラン、
2−メチル−テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシ
エタン、1,2−ジエトキシエタン、1,3−ジオキソ
ラン、γ−ブチロラクトンが好ましい。これらの他の溶
媒も、一種単独を用いてもよく、必要に応じて二種以上
を併用してもよい。
【0011】本発明は、非水電解液の溶媒の一部又は全
部に、リチウム電池用として新規な特定のイオウをヘテ
ロ原子とする飽和複素単環式化合物を使用することによ
り、リチウム電池の保存特性を改善したものである。し
たがって、正極材料、負極材料、非水電解液の溶質(電
解質塩)など、電池を構成する他の部材・要素について
は、特に制限は無く、リチウム一次電池又はリチウム二
次電池用として実用され、或いは提案されている種々の
ものを用いることができる。
【0012】正極材料としては、マンガン、コバルト、
ニッケル、バナジウム及びニオブの一種又は二種以上を
含む金属酸化物が例示される。具体例としては、MnO
2 、LiMn2 4 、LiCoO2 、LiNiO2 、L
2 2 5 及びLiNbO3 が挙げられる。
【0013】負極材料としては、電気化学的にリチウム
イオンを吸蔵及び放出することが可能な物質及び金属リ
チウムが挙げられる。電気化学的にリチウムイオンを吸
蔵及び放出することが可能な物質としては、黒鉛、コー
クス、有機物焼成体等の炭素材料;リチウム−アルミニ
ウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−イ
ンジウム合金、リチウム−錫合金、リチウム−タリウム
合金、リチウム−鉛合金、リチウム−ビスマス合金等の
リチウム合金;及び錫、チタン、鉄、モリブデン、ニオ
ブ、バナジウム及び亜鉛の一種又は二種以上を含む、金
属酸化物及び金属硫化物が例示される。
【0014】非水電解液の溶質としては、LiPF6
LiBF4 、LiAsF6 、LiClO4 、LiCF3
SO3 、LiN(CF3 SO2 2 、LiC(CF3
23 、LiCF3 (CF2 3 SO3 が例示され
る。
【0015】本発明電池は、非水電解液の溶媒の一部又
は全部が、イオウをヘテロ原子とする特定の飽和複素単
環式化合物からなるので、保存特性が極めて良い。この
理由は、特定の飽和複素単環式化合物が、リチウム電池
系において化学的に安定なために、負極と反応しにくい
ためと推察される。なお、本発明は、保存特性を改善す
ることを目的とするものであるから、一次電池、二次電
池に関係無く、広くリチウム電池に適用することが可能
である。
【0016】
【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。
【0017】(実験1)この実験では、本発明電池及び
比較電池を作製し、保存特性を比較した。
【0018】(本発明電池A,B,C,D,Eの作製) 〔正極の作製〕400°Cで加熱処理して水分を除去し
た二酸化マンガン粉末(正極材料)と、炭素粉末(導電
剤)と、ポリフッ化ビニリデン粉末(結着剤)とを、重
量比85:10:5で混練し、加圧成型し、300°C
で加熱処理して、円盤状の正極を作製した。
【0019】〔負極の作製〕金属リチウムの圧延板を打
ち抜いて、円盤状の負極を作製した。
【0020】〔非水電解液の調製〕プロピレンカーボネ
ートと、エチレントリチオカーボネート、チエタン、チ
オラン、チアン又は1,3−ジチアンと、ジエチルカー
ボネートとの体積比3:2:5の混合溶媒に、溶質(電
解質塩)としてのLiCF3 SO3 (トリフルオロメタ
ンスルホン酸リチウム)を1モル/リットル溶かして、
5種の非水電解液を調製した。
【0021】〔電池の作製〕上記の正極、負極及び各非
水電解液を用いて、扁平形のリチウム電池(直径20.
0mm、厚み2.5mm)A(エチレントリチオカーボ
ネート使用),B(チエタン使用),C(チアン使
用),D(1,3−ジチアン使用),E(チオラン使
用)を作製した。これらのリチウム電池A〜Eは、非水
電解液の溶媒の一部が、本発明で規定する、イオウをヘ
テロ原子とする飽和複素単環式化合物からなるものであ
り、いずれも本発明電池である。なお、いずれの電池も
セパレータとしてポリプロピレン製の微多孔性シートを
使用した。
【0022】(比較電池Wの作製)非水電解液の溶媒と
して、プロピ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の混合溶媒を使用したこと以外は電池
A〜Eの作製と同様にして、比較電池Wを作製した。
【0023】(比較電池Xの作製)非水電解液の溶媒と
して、プロピレンカーボネートと、チオピランと、ジエ
チルカーボネートとの体積比3:2:5の混合溶媒を使
用したこと以外は電池A〜Eの作製と同様にして、比較
電池Xを作製した。
【0024】(比較電池Yの作製)非水電解液の溶媒と
して、プロピレンカーボネートと、チオフェンと、ジエ
チルカーボネートとの体積比3:2:5の混合溶媒を使
用したこと以外は電池A〜Eの作製と同様にして、比較
電池Yを作製した。
【0025】(比較電池Zの作製)非水電解液の溶媒と
して、スルホランとジメチルスルホンとの体積比1:1
の混合溶媒を使用したこと以外は電池A〜Eの作製と同
様にして、比較電池Zを作製した。
【0026】〈各電池の保存特性〉作製直後の各電池
を、2mAで2Vまで放電して、保存前の放電容量C1
(mAh)を求めた。次いで、同じ各電池を、60°C
で2ヵ月間保存した後、2mAで2Vまで放電して、保
存後の放電容量C2(mAh)を求めた。次いで、C1
及びC2を下式に代入して、自己放電率(%)を求め、
各電池の保存特性を評価した。結果を表1に示す。
【0027】 自己放電率(%)={(C1−C2)/C1}×100
【0028】
【表1】
【0029】表1に示すように、本発明電池A〜Eは、
比較電池W〜Zに比べて、自己放電率が小さい。この結
果から、非水電解液の溶媒に、エチレントリチオカーボ
ネート、チエタン、チアン、1,3−ジチアン又はチオ
ランを用いることにより、保存特性の極めて良いリチウ
ム電池が得られることが分かる。本発明電池A〜Eの中
では、本発明電池Aの自己放電率が最も小さく、本発明
電池B,C,Dの自己放電率が次に小さく、本発明電池
Eの自己放電率が最も大きい。この結果から、非水電解
液の溶媒としては、エチレントリチオカーボネート、チ
エタン、チアン及び1,3−ジチアンが好ましく、中で
もエチレントリチオカーボネートが最も好ましいことが
分かる。
【0030】(実験2)この実験では、エチレントリチ
オカーボネート、チエタン又はチオランの溶媒中の体積
比率と、保存特性の関係を調べた。
【0031】プロピレンカーボネートと、エチレントリ
チオカーボネート、チエタン又はチオランとの体積比1
00−X:X(X=0、2、5、10、20、50、6
0又は100)の溶媒に、LiCF3 SO3 を1モル/
リットル溶かして、24種の非水電解液を調製した。
【0032】上記の各非水電解液を使用したこと以外は
実験1と同様にして、リチウム電池を作製し、次いで各
電池の自己放電率を先と同じ方法で求めた。結果を表2
に示す。
【0033】
【表2】
【0034】表2より、非水電解液の溶媒の一部又は全
部がエチレントリチオカーボネート、チエタン又はチオ
ランからなる場合(0<X≦100の場合)は、非水電
解液の溶媒の全部がプロピレンカーボネートからなる場
合(X=0の場合)に比べて、自己放電率が小さいこと
が分かる。また、表2より、非水電解液の溶媒の5〜5
0体積%がエチレントリチオカーボネート、チオラン又
はチエタンからなる場合に、自己放電率が特に小さいこ
とが分かる。
【0035】
【発明の効果】本発明により保存特性の極めて良いリチ
ウム電池が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── 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5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非水電解液の溶媒の一部又は全部が、エチ
    レントリチオカーボネート、チエタン、チアン、ジチア
    ン、チオラン及びこれらの誘導体よりなる群から選ばれ
    た少なくとも一種の、イオウをヘテロ原子とする飽和複
    素単環式化合物からなるリチウム電池。
  2. 【請求項2】前記非水電解液の溶媒が、前記イオウをヘ
    テロ原子とする飽和複素単環式化合物5〜50体積%
    と、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
    ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチ
    ルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチル
    カーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチル−テト
    ラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−
    ジエトキシエタン、1,3−ジオキソラン及びγ−ブチ
    ロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも一種の有
    機溶媒95〜50体積%とからなる請求項1記載のリチ
    ウム電池。
  3. 【請求項3】非水電解液の溶媒の一部又は全部が、エチ
    レントリチオカーボネート、チエタン、チアン、ジチア
    ン及びこれらの誘導体よりなる群から選ばれた少なくと
    も一種の、イオウをヘテロ原子とする飽和複素単環式化
    合物からなるリチウム電池。
  4. 【請求項4】前記非水電解液の溶媒が、前記イオウをヘ
    テロ原子とする飽和複素単環式化合物5〜50体積%
    と、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
    ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチ
    ルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチル
    カーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチル−テト
    ラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−
    ジエトキシエタン、1,3−ジオキソラン及びγ−ブチ
    ロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも一種の有
    機溶媒95〜50体積%とからなる請求項3記載のリチ
    ウム電池。
  5. 【請求項5】非水電解液の溶媒の一部又は全部が、エチ
    レントリチオカーボネート及びその誘導体から選ばれた
    少なくとも一種の、イオウをヘテロ原子とする飽和複素
    単環式化合物からなるリチウム電池。
  6. 【請求項6】前記非水電解液の溶媒が、前記イオウをヘ
    テロ原子とする飽和複素単環式化合物5〜50体積%
    と、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
    ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチ
    ルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチル
    カーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチル−テト
    ラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−
    ジエトキシエタン、1,3−ジオキソラン及びγ−ブチ
    ロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも一種の有
    機溶媒95〜50体積%とからなる請求項5記載のリチ
    ウム電池。
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