JPH1069915A - 非水系電解液電池 - Google Patents

非水系電解液電池

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JPH1069915A
JPH1069915A JP8225573A JP22557396A JPH1069915A JP H1069915 A JPH1069915 A JP H1069915A JP 8225573 A JP8225573 A JP 8225573A JP 22557396 A JP22557396 A JP 22557396A JP H1069915 A JPH1069915 A JP H1069915A
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JP
Japan
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aqueous electrolyte
stannate
battery
lithium
germanate
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Application number
JP8225573A
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English (en)
Inventor
Yasuyuki Kusumoto
靖幸 樟本
Mikiya Yamazaki
幹也 山崎
Atsushi Yanai
敦志 柳井
Toshiyuki Noma
俊之 能間
Koji Nishio
晃治 西尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非水系電解液電池の自己放電率を小さくし
て、保存特性を向上させる。 【解決手段】 非水系電解液電池の電解液に、スズ酸エ
ステル、ゲルマニウム酸エステル、ストロンチウム酸エ
ステルから選択された少なくとも1種の添加剤を添加す
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、リチウムを活物質
とする負極を備えた非水系電解液電池の保存特性向上に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】負極活物質として例えばリチウムを用い
るリチウム電池は、高エネルギー密度電池として注目さ
れており、活発な研究が行われている。
【0003】一般にこの種電池では、非水系電解液を構
成する溶媒として、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、スルホラン、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
等の単体、あるいは複数成分混合物が使用されている。
そして、この中に溶解される溶質として、LiPF6、LiB
F4、LiClO4、LiCF3SO3、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF
3SO2)3、LiCF3(CF2)3SO3等を列挙することができる。
【0004】ところで、このような単体溶媒、あるいは
複数成分混合溶媒、及び溶質からなる非水系電解液は溶
媒とリチウムを活物質とする負極が化学的な反応を起こ
すため保存後の電池容量が低下する問題がある。従っ
て、保存時の自己放電を抑制することはこの種電池の実
用化において重要な課題となっている。
【0005】保存後の自己放電を抑制するため、電解液
に鉄塩あるいはガリウム塩を添加する方法があるが、十
分とは言えない(例えば、特開平3-289065号公報を参
照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この種電池
を保存した場合の自己放電を抑制し、保存特性を向上さ
せる優れた非水系電解液を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極と、リチ
ウム金属、リチウム合金あるいはリチウムの吸蔵・放出
が可能な材料からなる負極と、非水系電解液とを備えた
非水系電解液電池において、前記非水系電解液に、スズ
酸エステル、ゲルマニウム酸エステル、ストロンチウム
酸エステルから選択された少なくとも1種の添加剤が添
加されたことを特徴とするものである。
【0008】前記添加剤の添加量としては、前記非水系
電解液に対して0.01重量%から20.0重量%の範囲が好適
である。
【0009】そして、前記スズ酸エステルとしては、ス
ズ酸テトラメチル{Sn(OCH3)4}、スズ酸トリメチルエ
チル{Sn(OCH3)3(OC2H5)}、スズ酸ジメチルジエチル
{Sn(OCH3)2(OC2H5)2}、スズ酸メチルトリエチル{Sn
(OCH3)(OC2H5)3}、スズ酸テトラエチル{Sn(OC2H5)4
から選択された少なくとも1種が挙げられる。
【0010】また、前記ゲルマニウム酸エステルとして
は、ゲルマニウム酸テトラメチル{Ge(OCH3)4}、ゲル
マニウム酸トリメチルエチル{Ge(OCH3)3(OC2H5)}、ゲ
ルマニウム酸ジメチルジエチル{Ge(OCH3)2(OC
2H5)2}、ゲルマニウム酸メチルトリエチル{Ge(OCH3)
(OC2H5)3}、ゲルマニウム酸テトラエチル{Ge(OC
2H5)4}から選択された少なくとも1種が挙げられる。
【0011】更に、前記ストロンチウム酸エステルとし
ては、ストロンチウム酸ジメチル{Sr(OCH3)2}、スト
ロンチウム酸メチルエチル{Sr(OCH3)(OC2H5)}、スト
ロンチウム酸ジエチル{Sr(OC2H5)2}から選択された少
なくとも1種が挙げられる。
【0012】ここで前記非水系電解液を構成する溶質と
して例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiAs
F6、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCF3(CF2)3SO3を使
用することができるが、これに限定されるものではな
い。
【0013】また、更に前記非水系電解液を構成する溶
媒としては例えば、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、スルホラン、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
の単体あるいは複数成分混合物を列挙することができ
る。
【0014】そして、この種非水系電解液電池の正極と
しては、マンガン、コバルト、ニッケル、バナジウム、
ニオブを少なくとも一種含む金属酸化物を使用すること
ができる。
【0015】また、一方、負極としては、リチウム金属
あるいはリチウムの吸蔵・放出が可能な合金であるリチ
ウム−アルミニウム合金や、カーボン材料であるコーク
スやグラファイトを使用することが可能である。
【0016】ところで、本発明において示すとおり、ス
ズ酸エステル、ゲルマニウム酸エステル、ストロンチウ
ム酸エステルを含む非水系電解液を用いると、添加剤と
してのスズ酸エステル、ゲルマニウム酸エステル、スト
ロンチウム酸エステルが、リチウムと反応し、良質な被
膜を形成する。この結果、リチウムが直接溶媒と接する
確率が低くなり、非水系電解液の分解を抑制するものと
考察できる。この様にして、非水系電解液電池の保存特
性を向上させることが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定される
ものではない。 (実験1)図1に、本発明電池の一実施例としての扁平
形非水系電解液電池の縦断面図を示す。リチウム金属か
らなる負極1は負極集電体2の内面に圧着されている。
この負極集電体2は、フェライト系ステンレス鋼(SUS4
30)からなる断面図コ字状の負極缶3の内底面に固着さ
れている。上記負極缶3の周端は、ポリプロピレン製の
絶縁パッキング4の内部に固定されている。この絶縁パ
ッキング4の外周には、ステンレスからなり上記負極缶
3とは反対方向に断面図コ字状をなす正極缶5が固定さ
れている。この正極缶5の内底面には、正極集電体6が
固定されている。この正極集電体6の内面には、正極7
が固定されている。この正極7と前記負極1との間に
は、本発明の骨子とする電解液が含浸されたセパレータ
8が介装されている。
【0018】ところで、前記正極7は、400℃温度範囲
で熱処理した二酸化マンガンを活物質として用い、この
二酸化マンガンと、導電剤としてのカーボン粉末と、結
着剤としてのフッ素樹脂粉末とを85:10:5の重量比で
混合する。次に、この混合物を加圧成形した後、300℃
で熱処理して、正極7を作製した。
【0019】一方、前記負極1は、リチウム圧延板を所
定寸法に打ち抜くことにより作製し、負極集電体2の内
面に固定されている。
【0020】そして、電解液としてプロピレンカーボネ
ート(PC)と1,2-ジメトキシエタン(DME)の混合
溶媒(体積比で5:5)に、溶質としてトリフルオロメ
タンスルホン酸リチウムを1モル/リットルの割合で溶
解したものにスズ酸テトラメチル{Sn(OCH3)4}を1重
量%の割合で添加したものを用いて、外径20.0mm、厚み
2.5mmの本発明電池Aを作製した。
【0021】また、本発明電池Aにおいてスズ酸テトラ
メチルの代わりに、ゲルマニウム酸テトラメチル{Ge(O
CH3)4}を用いたものを、本発明電池Bとした。
【0022】更に、本発明電池Bにおいてスズ酸テトラ
メチルの代わりに、ストロンチウム酸ジメチル{Sr(OCH
3)2}を用いたものを、本発明電池Cとした。
【0023】一方、比較例として、スズ酸テトラメチ
ル、ゲルマニウム酸テトラメチル、ストロンチウム酸ジ
メチルなどの添加剤を使用しない電解液を使用して、同
様の電池を作製し、それを比較電池Xとした。
【0024】更に、比較のために、スズ酸テトラメチル
に代えて塩化第二鉄を用いたものを比較電池Yとした。
この比較電池Yは、先行技術である特開平3-289065号公
報に準じたものである。
【0025】これらの本発明電池A〜C及び比較電池
X、Yを用い、各電池の保存特性を比較した。この結果
を、表1に示す。この時の実験条件は各電池を作製後、
60℃で2ヶ月保存し、実際に電池を放電させ保存前の容
量と比較し、自己放電率(%)を算出するというものであ
る。これにより、本発明電池A、本発明電池B及び本発
明電池Cは、比較電池X及び比較電池Yに比して、保存
時に自己放電が抑制されていることがわかる。
【0026】
【表1】
【0027】(実験2)次のこの実験2では、添加剤で
あるスズ酸テトラメチル{Sn(OCH3)4}、ゲルマニウム
酸テトラメチル{Ge(OCH3)4}、ストロンチウム酸ジメ
チル{Sr(OCH3)2}の添加量を変化させ、保存後の電池
の放電容量を比較した。具体的には、添加剤の添加量以
外は前記実験1の本発明電池Aと同様の構成を有する電
池を作製し、非水系電解液に添加するスズ酸テトラメチ
ルの添加量を変化させている。同様に、ゲルマニウム酸
テトラメチル、ストロンチウム酸ジメチルの添加量を変
化させた。添加剤を使用していない電池は、前記実験1
の比較電池Xと同一構成である。
【0028】この時の実験条件は、各電池を作製後、60
℃で2ヶ月保存し、実際に電池を放電させ保存前の容量
と比較することによって、自己放電率(%)を算出すると
いうものである。
【0029】この結果を、表2、表3及び表4に示す。
表2はスズ酸テトラメチル、表3はゲルマニウム酸テト
ラメチル、表4はストロンチウム酸ジメチルの添加量と
保存後の自己放電率(%)との関係を示したものであ
る。この結果より、スズ酸テトラメチル、ゲルマニウム
酸テトラメチル、ストロンチウム酸ジメチルの添加量と
して、非水系電解液の重量に対して、0.01重量%から2
0.0重量%の範囲で添加効果が認められ、保存後の電池
容量の低下を抑制している。
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】尚、上記実験2では、スズ酸テトラメチ
ル、ゲルマニウム酸テトラメチル、ストロンチウム酸ジ
メチルを添加剤として用いたが、これら以外のスズ酸エ
ステルであるスズ酸トリメチルエチル{Sn(OCH3)3(OC2H
5)}、スズ酸ジメチルジエチル{Sn(OCH3)2(OC
2H5)2}、スズ酸メチルトリエチル{Sn(OCH3)(OC
2H5)3}、スズ酸テトラエチル{Sn(OC2H5)4}から選択
された少なくとも1種、また、ゲルマニウム酸エステル
であるゲルマニウム酸トリメチルエチル{Ge(OCH3)3(OC
2H5)}、ゲルマニウム酸ジメチルジエチル{Ge(OCH3)
2(OC2H5)2}、ゲルマニウム酸メチルトリエチル{Ge(OC
H3)(OC2H5)3}、ゲルマニウム酸テトラエチル{Ge(OC2H
5)4}から選択された少なくとも1種、またストロンチ
ウム酸エステルであるストロンチウム酸メチルエチル
{Sr(OCH3)(OC2H5)}、ストロンチウム酸ジエチル{Sr
(OC2H5)2}から選択された少なくとも1種であっても、
添加量において同様の傾向が観察される。
【0034】尚、上記各実験においては、非水系電解液
に溶解させる溶質としてLiCF3SO3を示したが、LiPF6、L
iBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3
LiCF 3(CF2)3SO3を使用できるのはいうまでもない。ま
た、有機溶媒としてプロピレンカーボネートと1,2-ジメ
トキシエタンの混合溶媒を例示したが、これらの単体、
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、1,3-ジオキソラ
ン、及びこれらの混合物を使用することが可能である。
【0035】また、この種電池の正極としては、マンガ
ン、コバルト、ニッケル、バナジウム、ニオブを少なく
とも一種含む金属酸化物を使用することができる。
【0036】また、負極としては、リチウム金属あるい
はリチウムの吸蔵・放出が可能な合金、例えばリチウム
−アルミニウム合金、カーボン材料、例えばコークスや
グラファイトを使用することが可能である。
【0037】
【発明の効果】上述した如く、非水系電解液に、スズ酸
エステル、ゲルマニウム酸エステル、ストロンチウム酸
エステルを添加することにより、この種電池の保存特性
を向上させるものであり、その工業的価値は極めて大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明電池の縦断面図である。
【符号の説明】
1 負極 2 負極集電体 3 負極缶 4 絶縁パッキング 5 正極缶 6 正極集電体 7 正極 8 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能間 俊之 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 (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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と、リチウム金属、リチウム合金あ
    るいはリチウムの吸蔵・放出が可能な材料からなる負極
    と、非水系電解液とを備えた非水系電解液電池におい
    て、 前記非水系電解液に、スズ酸エステル、ゲルマニウム酸
    エステル、ストロンチウム酸エステルから選択された少
    なくとも1種の添加剤が添加されたことを特徴とする非
    水系電解液電池。
  2. 【請求項2】 前記添加剤が、前記非水系電解液に対し
    て0.01重量%から20.0重量%の範囲で添加されたことを
    特徴とする請求項1記載の非水系電解液電池。
  3. 【請求項3】 前記スズ酸エステルが、スズ酸テトラメ
    チル、スズ酸トリメチルエチル、スズ酸ジメチルジエチ
    ル、スズ酸メチルトリエチル、スズ酸テトラエチルから
    選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求
    項1記載の非水系電解液電池。
  4. 【請求項4】 前記ゲルマニウム酸エステルが、ゲルマ
    ニウム酸テトラメチル、ゲルマニウム酸トリメチルエチ
    ル、ゲルマニウム酸ジメチルジエチル、ゲルマニウム酸
    メチルトリエチル、ゲルマニウム酸テトラエチルから選
    択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項
    1記載の非水系電解液電池。
  5. 【請求項5】 前記ストロンチウム酸エステルが、スト
    ロンチウム酸ジメチル、ストロンチウム酸メチルエチ
    ル、ストロンチウム酸ジエチルから選択された少なくと
    も1種であることを特徴とする請求項1記載の非水系電
    解液電池。
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