JPH1040955A - 非水電解液および非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液および非水電解液二次電池

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JPH1040955A
JPH1040955A JP8193420A JP19342096A JPH1040955A JP H1040955 A JPH1040955 A JP H1040955A JP 8193420 A JP8193420 A JP 8193420A JP 19342096 A JP19342096 A JP 19342096A JP H1040955 A JPH1040955 A JP H1040955A
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JP
Japan
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aqueous electrolyte
lithium
electrolyte
nonaqueous electrolyte
secondary battery
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JP8193420A
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English (en)
Inventor
Keiichi Yokoyama
山 恵 一 横
Masahiro Toriida
昌 弘 鳥井田
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】より耐久性に優れた電解液を提供すること。高
電圧を発生することができ、しかも充放電サイクル特性
に優れた非水電解液二次電池を提供すること。 【解決手段】下記一般式(I)で表されるオルトカルボ
ン酸エステルと、電解質と、非水溶媒と、からなる非水
電解液であって、一般式(I)で表されるオルトカルボ
ン酸エステルが、非水電解液総量に対し、0.1〜10
重量%の量で含まれていることを特徴とする非水電解
液。 【化1】 (式中R1は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を
示し、R2、R3、R4は互いに同一でも異なっていても
よく、炭素数1〜3のアルキル基を示す。) 負極活物質として金属リチウム、リチウム含有合金、リ
チウムイオンのドープ・脱ドープが可能な炭素材料のい
ずれかを含む負極と、正極活物質としてリチウムと遷移
金属の複合酸化物を含む正極と、上記非水電解液とを、
有することを特徴とする非水電解液二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、非水電解液および非水電
解液二次電池に関し、さらに詳しくは充放電サイクルの
進行に伴う容量変化率が小さくサイクル特性に優れる非
水電解液二次電池およびこのような非水電解液二次電池
を提供しうる非水電解液に関する。
【0002】
【発明の技術的背景】非水電解液を用いた電池は、高電
圧・高エネルギー密度を有し、かつ貯蔵性などの信頼性
に優れているため、広く民生用電子機器の電源に用いら
れている。
【0003】非水電解液としては、一般に高誘電率溶媒
である炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン、スルホラ
ンなどに、低粘度溶媒であるジメトキシエタンやテトラ
ヒドロフランまたは1,3−ジオキソランなどを混合し
てなる電解液用溶媒に、LiBF4、LiPF6、LiC
lO4、LiAsF6、LiCF3SO3などの電解質を混
合したものが用いられている。
【0004】しかしこのような非水電解液の溶媒には耐
電圧の低いものが多く、耐電圧性に劣る溶媒を含む電解
液を二次電池に使用した場合、充放電を繰り返すと溶媒
が電気分解され、生成したガスにより電池の内圧が上昇
したり、生成物が重合反応を起こし、電極に付着するな
どの事態が生じてしまう。このため、電池充放電効率が
低下し、電池エネルギー密度の低下により、電池の寿命
が短くなるなどの問題があった。
【0005】電解液の耐久性を向上させる試みとして
は、従来用いられていたγ−ブチロラクトン、エチルア
セテート等のエステル類や、1,3−ジオキソラン、テ
トラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル類の
耐電圧性に劣る溶媒の代わりに、耐電圧性に優れた炭酸
ジエチル等の炭酸エステルを使用し、充放電反復後の電
池エネルギー密度低下の抑制がなされている(たとえば
特開平2−10666号公報)。
【0006】また電解液に添加剤を少量添加することに
よって、電解液の耐久性を向上させることも試みられて
いる。たとえば特開平7−114940号公報には、正
極と、格子面(002)面におけるd値(d002)が
3.37Å以下である炭素材料を負極材料とする負極
と、非水電解液とから構成される非水電解液二次電池に
おいて、リン酸トリエステルを非水電解液に対し0.
〜10重量%の量で添加した非水電解液二次電池が開示
されている。
【0007】ところで最近エネルギー密度の高い電池が
望まれていることから、高電圧電池について研究が進め
られている。たとえば電池の正極にLiCoO2、Li
NiO2、LiMn24等のリチウムと遷移金属との複
合酸化物を使用し、負極に炭素材料を使用して、4V以
上の電池電圧を発生することのできる二次電池が研究さ
れてきた。このような高電圧電池では電解液の分解が一
層起こりやすくなるので、従来用いられてきた電解液の
多くは耐久性が充分ではなく、より耐久性に優れた電解
液の出現が望まれていた。
【0008】
【発明の目的】本発明は、上記のような従来技術に伴う
問題点を解決しようとするものであって、より耐久性に
優れた電解液を提供することを目的としている。また本
発明は、高電圧を発生することができ、しかも充放電サ
イクル特性に優れた非水電解液二次電池を提供すること
を目的としている。
【0009】
【発明の概要】本発明に係る非水電解液は、下記一般式
(I)で表されるオルトカルボン酸エステルと、電解質
と、非水溶媒とからなり、下記一般式(I)で表される
オルトカルボン酸エステルが、非水電解液総量に対し、
0.1〜10重量%の量で含まれていることを特徴とし
ている。
【0010】
【化2】
【0011】式中R1は水素原子または炭素数1〜3の
アルキル基である。R2、R3、R4は互いに同一でも異
なっていてもよく、炭素数1〜3のアルキル基である。
【0012】電解質は、LiPF6、LiBF4、LiC
lO4、LiAsF6、LiOSO2CF3、LiN(SO2
CF3)2、LiC(SO2CF3)3から選ばれるリチウム化
合物であることが好ましい。
【0013】非水溶媒は、環状炭酸エステル、環状エス
テル、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル、環状エーテ
ル、鎖状エーテルから選ばれる溶媒であることが好まし
い。本発明に係る非水電解液二次電池は、負極活物質と
して、金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムイオ
ンのドープ・脱ドープが可能な炭素材料のいずれかを含
む負極と、正極活物質としてリチウムと遷移金属の複合
酸化物を含む正極と、上記のような電解液を有すること
を特徴としている。
【0014】本発明に係る非水電解液は耐久性に優れ、
このような非水電解液を用いた二次電池は充放電サイク
ル特性に優れている。
【0015】
【発明の具体的説明】以下、本発明に係る非水電解液お
よびこのような非水電解液を用いた二次電池について具
体的に説明する。
【0016】非水電解液 本発明に係る非水電解液は、下記一般式(I)で表され
るオルトカルボン酸エステルと、電解質と、非水溶媒と
からなる非水電解液であって、下記一般式(I)で表さ
れるオルトカルボン酸エステルが非水電解液総量に対
し、0.1〜10重量%の量で含まれていることを特徴
としている。
【0017】
【化3】
【0018】式中R1は水素原子または炭素数1〜3の
アルキル基である。R2、R3、R4は互いに同一でも異
なっていてもよく、炭素数1〜3のアルキル基である。
【0019】オルトカルボン酸エステル 本発明に係る一般式(I)で表されるオルトカルボン酸
エステルとしては、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチ
ル、オルト蟻酸プロピル、オルト酢酸メチル、オルト酢
酸エチル、オルトプロピオン酸メチル、1,1-ジメトキシ
-1-エトキシメタン、1,1-ジエトキシ-1-メトキシメタ
ン、1,1-ジメトキシ-1-エトキシエタンなどが挙げられ
る。これらのオルトカルボン酸エステルは、1種または
2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0020】本発明に係るオルトカルボン酸エステルの
含有量は、非水電解液総量に対し、0.1〜10重量
%、好ましくは0.3〜5重量%である。オルトカルボ
ン酸の含有量が上記のような範囲内であれば、非水電解
液の分解を抑制でき、二次電池のサイクル特性を充分に
改善することができる。
【0021】電解質 本発明に係る非水電解液に用いられる電解質は、LiP
6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiOS
2CF3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO 2CF3)3
から選ばれるリチウム化合物であることが好ましい。こ
のような電解質は、1種または2種以上組み合わせて用
いることができる。
【0022】これらの電解質は、何れも非水電解液中で
解離して、Liイオンを生ずる。このような電解質は、
用いられる電解質の種類、溶媒の種類等にもよるが、非
水電解液中に、通常0.5〜2モル/リットル、好まし
くは0.7〜1.5モル/リットルの範囲で含まれていれ
ばよい。
【0023】非水溶媒 本発明に係る非水電解液に用いられる非水溶媒は、環状
炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状エステル、鎖状
エステル、環状エーテル、鎖状エーテルから選ばれる溶
媒であることが好ましい。
【0024】環状炭酸エステルとしては、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など、鎖状炭酸エステルと
しては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネ
ート、メチルイソプロピルカーボネートなど、環状エス
テルとしては、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクト
ン、3-メチル-γ-ブチロラクトン、2-メチル-γ-ブチロ
ラクトンなど、鎖状エステルとしては、蟻酸メチル、蟻
酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プ
ロピオン酸メチル、酪酸メチル、吉草酸メチルなど、環
状エーテルとしては、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソラ
ン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラ
ン、3-メチル-1,3-ジオキソラン、2-メチル-1,3-ジオキ
ソランなど、鎖状エーテルとしては、1,2-ジメトキシエ
タン、1,2-ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、ジメ
チルエーテル、メチルエチルエーテル、ジプロピルエー
テルなどが挙げられる。
【0025】これらの非水溶媒は、1種を使用してもよ
いが2種以上の混合溶媒を使用することもできる。非水電解液二次電池 本発明に係る非水電解液二次電池は、負極活物質として
金属リチウム、リチウム含有合金、リチウムイオンのド
ープ・脱ドープが可能な炭素材料のいずれかを含む負極
と、正極活物質としてリチウムと遷移金属の複合酸化物
を含む正極と、前記の非水電解液とを有することを特徴
としている。
【0026】このような非水電解液二次電池は、たとえ
ば円筒型非水電解液二次電池に適用できる。円筒型非水
電解液二次電池は、図1に示すように負極集電体9に負
極活物質を塗布してなる負極1と、正極集電体10に正
極活物質を塗布してなる正極2とを、非水電解液を注入
されたセパレータ3を介して巻回し、巻回体の上下に絶
縁板4を載置した状態で電池缶5に収納してなるもので
ある。電池缶5には、電池蓋7が封口ガスケット6を介
してかしめることにより取り付けられ、それぞれ負極リ
ード11および正極リード12を介して負極1あるいは
正極2と電気的に接続され、電池の負極あるいは正極と
して機能するように構成されている。なおセパレータは
多孔性の膜である。
【0027】この電池では、正極リード12は、電流遮
断用薄板8を介して電池蓋7との電気的接続が図られて
いてもよい。このような電池では、電池内部の圧力が上
昇すると、電流遮断用薄板8が押し上げられ変形し、正
極リード12が上記薄板8と溶接された部分を残して切
断され、電流が遮断される。
【0028】このような負極1を構成する負極活物質と
しては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオン
をドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料のいずれ
を用いることができる。これらのうちで、リチウムイオ
ンをドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料を用い
ることが好ましい。このような炭素材料としてはグラフ
ァイトでも非晶質炭素でもよく、活性炭、炭素繊維、カ
ーボンブラック、メソカーボンマイクロビーズ等あらゆ
る炭素材料を用いることができる。
【0029】また正極2を構成する正極活物質として
は、LiCoO2、LiMnO2、LiMn24、LiN
iO2等のリチウムと遷移金属とからなる複合酸化物を
用いることができる。
【0030】なお本発明に係る非水電解液二次電池は、
電解液として以上説明した非水電解液を含むものであ
り、電池の形状および形態等は前記図1に限定されず、
図2に示すコイン形、あるいは角型などあってもよい。
【0031】
【発明の効果】本発明に係る上記非水電解液は、より耐
久性に優れ、このような非水電解液を用いた二次電池
は、充放電サイクルの進行に伴う容量変化率が小さくサ
イクル特性に優れる。
【0032】
【実施例】以下、本発明について実施例に基づいてさら
に具体的に説明するが、本発明は、これら実施例により
何等限定されるものではない。
【0033】
【実施例1】図2に示すような電池寸法が外形20mm、
高さ2.5mmのコイン形非水電解液二次電池を作成し
た。負極13には金属リチウムを、正極14にはLiCoO2
85重部に導電剤としてグラファイト12重量部、結合
剤としてフッ素樹脂3重量部を加えた混合物をコイン状
に加圧成形したものを用いた。これら負極13、正極1
4を構成する物質は、ポリプロピレンからなる多孔質セ
パレータ15を介して、それぞれ封口板16およびケー
ス17に圧着されている。非水電解液としては、プロピ
レンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(D
MC)とオルト酢酸メチルとの混合溶媒(PC:DMC:オル
ト酢酸メチル=49:49:2)に、六フッ化リン酸リチウムを
1.0モル/リットルの濃度で溶解したものを用い、封
口ガスケット18より封入した。
【0034】上記のようにして作製した電池について、
1.0mAの電流で上限電圧を4.1Vとして10時間充
電したのち、1.0mAの電流で3.0Vになるまで放電
し、これを1サイクルとして、この充放電サイクルを所
定数繰り返し、各サイクル数における放電容量を測定し
た。結果を図3に示す。
【0035】
【実施例2】電解液中のオルト酢酸メチルの代わりに、
オルトプロピオン酸メチルを用いた以外は実施例1と同
様にして電池を作製し、充放電特性を評価した。
【0036】結果を図3に示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非水電解液二次電池の一実施例を示す
概略断面図である。
【図2】本発明の実施例1、2で作製したコイン形電池
の概略断面図である。
【図3】実施例1および2で作製したコイン形電池の充
放電サイクル数に対する放電容量の変化を示す。
【符号の説明】
1,13・・・・負極 2,14・・・・正極 3,15・・・・セパレータ 4・・・・絶縁板 5・・・・電池缶 6・・・・封口ガスケット 7・・・・電池蓋 8・・・・電流遮断用薄板 9・・・・負極集電体 10・・・・正極集電体 11・・・・負極リード 12・・・・正極リード 16・・・・封口板 17・・・・ケース 18・・・・ガスケット

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(I)で表されるオルトカルボン酸
    エステルと、 電解質と、 非水溶媒と、 からなる非水電解液であって、 一般式(I)で表されるオルトカルボン酸エステルが、
    非水電解液総量に対し、0.1〜10重量%の量で含ま
    れていることを特徴とする非水電解液。 【化1】 (式中R1は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基
    を示し、R2、R3、R4は互いに同一でも異なっていて
    もよく、炭素数1〜3のアルキル基を示す。)
  2. 【請求項2】電解質がLiPF6、LiBF4、LiCl
    4、LiAsF6、LiOSO2CF3、LiN(SO2
    3)2、LiC(SO2CF3)3から選ばれるリチウム化合
    物であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解
    液。
  3. 【請求項3】非水溶媒が環状炭酸エステル、環状エステ
    ル、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル、環状エーテル、
    鎖状エーテルから選ばれる溶媒であることを特徴とする
    請求項1に記載の非水電解液。
  4. 【請求項4】負極活物質として金属リチウム、リチウム
    含有合金、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能な
    炭素材料のいずれかを含む負極と、 正極活物質としてリチウムと遷移金属の複合酸化物を含
    む正極と、 電解液として請求項1〜3に記載の非水電解液とを、 有することを特徴とする非水電解液二次電池。
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