JPH11135147A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

リチウムイオン二次電池

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JPH11135147A
JPH11135147A JP9295916A JP29591697A JPH11135147A JP H11135147 A JPH11135147 A JP H11135147A JP 9295916 A JP9295916 A JP 9295916A JP 29591697 A JP29591697 A JP 29591697A JP H11135147 A JPH11135147 A JP H11135147A
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JP
Japan
Prior art keywords
solvent
electrolyte
lithium ion
secondary battery
ion secondary
Prior art date
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Pending
Application number
JP9295916A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Tsuji
大志 辻
Kazuyuki Sakamura
一到 酒村
Takashi Yamada
高士 山田
Takako Miyake
貴子 三宅
Shuichi Yanagisawa
秀一 柳沢
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.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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】 【課題】 低温における高い放電特性を有するリチウム
イオン二次電池を提供する。 【解決手段】 電解液、ポリアニリンからなる正極及び
黒鉛からなる負極を有するリチウムイオン二次電池であ
って、電解液の溶媒をエチレンカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン及び1,2−ジメトキシエタンの混合溶媒と
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は二次電池に関し、特
にリチウムイオン二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニ
ッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池の
中では、高いエネルギー密度を有し軽量化が可能である
のでリチウムイオン電池が近年注目されている。例えば
リチウムイオン電池は、LiPF6などを含む有機電解液が
充填され密封された容器中に、正極集電体上にLiCoO2
どからなる正極層が形成された正極と、負極集電体上に
黒鉛などからなる負極層が形成された負極とを、セパレ
ータによって離間し、捲回した構造を有している。ま
た、正極層と負極層を絶縁するセパレータは、電解液中
のイオン伝導を阻害しないように多孔質絶縁体で形成さ
れている。たとえば、充電時には正極層からセパレータ
を通して負極層へ、放電時には、負極層からセパレータ
を通して正極層へ、それぞれLiカチオンが移動する。
【0003】また、正極のLiCoO2のかわりに、軽
量化、安全性のためにポリマー正極を用いたリチウムイ
オン電池も開発されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】負極に黒鉛を使用した
リチウムイオン電池においては、電解液をプロピレンカ
ーボネート系にした場合には、充放電に伴いプロピレン
カーボネートの分解が起こり、サイクル特性が著しく悪
くなってしまう。また、電解液をエチレンカーボネート
系とした場合には、サイクル特性は良好であるが、エチ
レンカーボネート単体の融点が36.4℃と高いため、
低温での放電容量が著しく小さくなってしまう。
【0005】さらに、正極に導電性高分子であるポリア
ニリンを用いた場合には、単に電解液の低粘度溶媒の比
率を増して、電解液の低温でのイオン伝導度を上げただ
けでは、低温で動作しない。本発明はかかる問題に鑑み
なされたもので、低温における高い放電特性を有するリ
チウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のリチウムイオン
二次電池は、電解液、ポリアニリンからなる正極及び黒
鉛からなる負極を有するリチウムイオン二次電池であっ
て、前記電解液の溶媒をエチレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン及び1,2−ジメトキシエタンの混合溶媒
としたことを特徴とする。
【0007】本発明のリチウムイオン二次電池において
は、電解液の溶質をLiBF4としたことを特徴とす
る。本発明のリチウムイオン二次電池においては、電解
液の溶質をLiPF6としたことを特徴とする。本発明
のリチウムイオン二次電池においては、前記電解液の溶
媒は、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及び
1,2−ジメトキシエタンが体積比でエチレンカーボネ
ート:γ−ブチロラクトン:1,2−ジメトキシエタン
=30〜50:20〜40:30で混合されてなること
を特徴とする。
【0008】本発明の他のリチウムイオン二次電池で
は、正極にポリアニリン、負極に黒鉛を用いたリチウム
イオン二次電池において、電解液の溶媒をエチレンカー
ボネート及びメチルエチルカーボネートの混合溶媒とし
たことを特徴とする。本発明の他のリチウムイオン二次
電池では、電解液の溶質をLiPF6としたことを特徴
とする。
【0009】本発明の他のリチウムイオン二次電池で
は、前記電解液の溶媒は、エチレンカーボネート及びメ
チルエチルカーボネートが体積比でエチレンカーボネー
ト:チルエチルカーボネート=30:70で混合されて
なることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明による実施例を図面
に基づいて詳細に説明する。リチウムを用いる電池系に
は、非水溶媒が用いられる。これは、リチウムは水素よ
りも還元力が強いこと(水と反応してしまうこと)によ
る。非水溶媒には、エチレンカーホ゛ネート(以下、ECとい
う)、フ゜ロヒ゜レンカーホ゛ネート(以下、PCという)、γ−フ゛チロ
ラクトン(以下、γ‐BLという)、1,2シ゛メトキシエタン(以下、
DMEという)、シ゛メチルカーホ゛ネート(以下、DMCという)、シ
゛エチルカーホ゛ネート(以下、DECという)、シ゛エチルエーテル(以下、D
EEという)、テトラヒト゛ロフラン(以下、THFという)などがあ
る。これら溶媒の諸特性を表1に示す。
【0011】
【表1】
【0012】溶媒の融点と沸点は電池の動作温度範囲を
限定する。溶媒の粘度は溶媒中のイオンの移動に対して
粘性抵抗の形で影響を与える。粘度の低い溶媒中ではそ
の中をイオンが動きやすく導電率が上がる。溶媒の比誘
電率は溶媒中に溶解する溶質をカチオンとアニオンに解
離する性質と関係する。今、比誘電率εrの溶媒中に存
在する静電荷q+,q-がrの距離離されているとき、両
者の間に働くクーロン力は、真空の誘電率をεoとする
と、
【0013】
【数1】
【0014】となる。溶媒の比誘電率が大きくなるとカ
チオンとアニオンとの間のクーロン力が小さくなり、イ
オンへの解離が容易となる。ドナー数は溶媒の電子供与
性の尺度を、アクセプタ数は電子受容性の尺度を表す。
ドナー数は溶媒和したカチオンの大きさと、アクセプタ
数はアニオンの大きさと関係し、溶媒和したイオンの大
きさはイオンへの解離の容易度やイオンの移動度と関係
する。
【0015】導電率を向上させる為には、電解質をイオ
ンに解離する能力が大きく、解離したイオンが動きやす
いこと、すなわち溶媒の比誘電率が大きく、粘度が小さ
いことが要求される。この意味で、水は最適な電解液で
あるが残念ながら使用できない。実際には、比誘電率が
大きい溶媒と、粘度が小さい溶媒とを混合して使用して
いる。
【0016】リチウム電池の電解質にはリチウム塩が用
いられる。具体的には、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAs
F6、LiCF3SO3などである。イオンの導電率は、解離した
自由イオン数が多くかつそのイオンの移動が速いほど高
くなる。イオン対の自由イオンへの解離は、溶媒の誘電
率と電解質塩の結晶イオン半径の和が大きいほど促進さ
れる。つまり、自由イオン数を増すためには溶媒の誘電
率が大きく、リチウム塩の結晶イオン半径が大きいこと
が望ましいことになる。しかしながら、一般に、分子内
分極が大きく高い誘電率を有する溶媒は、極性分子同士
の正端と負端との間に静電引力が働くため、比較的高い
粘度を示し、イオンが動き難くなってしまう。これに対
しては、比誘電率の高い溶媒と低い溶媒とを用い混合系
とすることで、各単独溶媒の粘度の加算的な加算値より
も粘度を低くすることができイオン導電率を高めること
ができる。また、電解質塩を溶媒に混合させることによ
っても溶媒の粘度は高くなる。電解質塩の濃度が高いほ
ど、電解液の粘度が増大しイオンが動き難くなってしま
うので、電解質塩を最適な濃度で溶解させなければなら
ない。
【0017】その他の電解液の重要な性質として、凝固
点、沸点、密度等が上げられる。凝固点は電池の低温特
性に影響する。低温において電解液が凝固すると、イオ
ンの移動が制限されるため、電池の充放電が不可能とな
る。電池の実用使用温度範囲を考えると、電解液の凝固
点は少なくとも−20℃よりも低いことが必要となる。
電解液に凝固点の低いPC(−49℃)を用いれば、こ
の目的は容易に達成できる。しかし、PCは黒鉛負極に
対しては不安定であり、安定であるECは凝固点が3
6.4℃高いため室温で凝固してしまう。電解液の凝固
点は、電解質塩の溶解および他の溶媒との混合による共
融組成の形成により低下させることができる。前者によ
る方法では、凝固点降下はせいぜい数℃と小さい。電解
質濃度を高めると凝固点は下がるが、イオン導電率の低
下および溶解度点から制約を受ける。むしろ後者による
方法が有効である。
【0018】リチウムイオン電池は負極に好ましく天然
黒鉛を用いているため、発明者は良好な充放電特性を確
保するためにEC溶媒の電解液を使用することを案出し
た。ECを使用した上で低温特性を改善するために、高
誘電率溶媒であり、なおかつ凝固点が−43℃と低いγ
−BLとの共融組成にした。また、実験から低粘度溶媒
としてDECよりもDMEを混合した場合の方が低温特
性が良好であったことから、さらにDMEと三元の共融
組成とした。機構は不明であるが、DMEを混合した場
合の方が低温特性が良好であったことは正極のポリアニ
リンとの相乗性があったと考えられる。
【0019】そこで、発明者は正極に導電性高分子であ
るポリアニリン、負極に黒鉛を用いた非水系二次電池の
電解液を溶媒混合及び混合比率で最適化することで、低
温放電特性を向上を試みた。そこで、DMEを加えるこ
とにより混合溶媒としての凝固点を下げることができ、
DMEが比誘電率εrが低いので、比誘電率の高いγ−
BLを加えて全体として、誘電率をあげることに着目し
て、実験を行った。比誘電率が高くなるとイオン間のク
ーロン力が小さくなり解離容易となるからである 発明
者は種々の実験の結果、LiBF4(四ふっ化ほう酸リチウム) 及
びLiPF6(六ふっ化りん酸リチウム)の電解液としてECとγ
−BLとDMEの混合溶媒を用いた時、低温特性が良好
であったことを、知見した。非プロトン性溶媒の電解液
を用いることにより、起電力の大きな電池を作ることが
できたのである。
【0020】図1に示すように、本発明のリチウムイオ
ン二次電池は、溶媒をエチレンカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン及び1,2−ジメトキシエタンの混合溶媒と
した有機電解液6が充填され密封された容器中に、正極
集電体上にポリアニリンからなる正極層が形成された正
極13と、負極集電体上に黒鉛からなる負極層が形成さ
れた負極14とを、セパレータ15によって離間し、捲
回した構造を有している。
【0021】
【実施例】実験1において、10種類の電解液を各々用
いたリチウムイオン二次電池の低温(−10℃、−20
℃)での放電容量の評価を行った。 a)ジアゾ化合物混合及び非混合PAnフィルムを有する
リチウムイオン電池の作製 化学酸化法によりポリアニリン(以下、PAnという)の
粉末を合成し、有機溶媒のN−メチルピロリドン(以
下、NMPという)に溶解させ、この溶液を集電基板す
なわちステンレス箔などの集電体上にコート後、80℃
で1時間乾燥して、PAnフィルムを作製した。これから
直径φ16mmに打ち抜き正極を作製した。
【0022】次ぎに、天然黒鉛からなる負極を次のよう
に作製した。まず、基板上のCu箔(t=18μm)上に、天
然黒鉛、ポリフッ化ビニルデン(PVDF)、NMP及びシュウ酸
からなるコート用スラリー液を供給し、200μm膜厚のステンレススヘ゜ー
サを使用して、ハ゛ーコートを行った。最後に、基板ごと80℃
で1時間ヘ゛ーキンク゛を行い、得られたフィルムからφ16mm
の円形パッチの天然黒鉛負極を作製した。
【0023】次ぎに、EC、γ−BL及びDMEの数種
の混合組み合わせ、さらに、体積比を種々変化させて混
合した溶媒に、溶質としてLiBF4及びLiPF6を1
又は2 mol添加した電解液を多数調製した。最後に、容
器に正極、ホ゜リフ゜ロヒ゜レン製のセハ゜レータ、負極及び電解液を装
填してリチウムイオン電池を作製した。 b) リチウムイオン電池の充放電条件 リチウムイオン電池の充電を0.2mA/cm2定電流、終止電
圧3.7V、3時間で行い、放電を0.2mA/cm2定電流、終止
電圧2.6Vで行った。 c) リチウムイオン電池の低温での放電容量の評価 室温、−10℃及び−20℃の温度にリチウムイオン電池を
保って放電容量を測定し、室温におけるリチウムイオン
電池の放電容量を100%とした場合の低温−10℃及び
−20℃での放電容量割合を比較した。表2にその結果の
好適であったものの一部を示す。
【0024】
【表2】
【0025】表2に示すように、本発明のNo.〜、
において、低温度(−20度)での放電も確認され、
実用可能な特性を得た。表2から明らかなように、電解
液の溶媒において、エチレンカーボネート、γ−ブチロ
ラクトン及び1,2−ジメトキシエタンが体積比でEC:
γ-BL:DME=30〜50:20〜40:30の範囲で混
合されていることが好適である、ことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による実施例の二次電池の概略部分切
欠斜視図である。
【符号の説明】
6 有機電解液 13 正極 14 負極 15 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 貴子 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 柳沢 秀一 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号パイ オニア株式会社総合研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解液、ポリアニリンからなる正極及び
    黒鉛からなる負極を有するリチウムイオン二次電池であ
    って、前記電解液の溶媒をエチレンカーボネート、γ−
    ブチロラクトン及び1,2−ジメトキシエタンの混合溶
    媒としたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
  2. 【請求項2】 電解液の溶質をLiBF4としたことを
    特徴とする請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
  3. 【請求項3】 電解液の溶質をLiPF6としたことを
    特徴とする請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
  4. 【請求項4】 前記電解液の溶媒は、エチレンカーボネ
    ート、γ−ブチロラクトン及び1,2−ジメトキシエタ
    ンが体積比でエチレンカーボネート:γ−ブチロラクト
    ン:1,2−ジメトキシエタン=30〜50:20〜4
    0:30で混合されてなることを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか1記載のリチウムイオン二次電池。
  5. 【請求項5】 正極にポリアニリン、負極に黒鉛を用い
    たリチウムイオン二次電池において、電解液の溶媒をエ
    チレンカーボネート及びメチルエチルカーボネートの混
    合溶媒としたことを特徴とするリチウムイオン二次電
    池。
  6. 【請求項6】 電解液の溶質をLiPF6としたことを
    特徴とする請求項5記載のリチウムイオン二次電池。
  7. 【請求項7】 前記電解液の溶媒は、エチレンカーボネ
    ート及びメチルエチルカーボネートが体積比でエチレン
    カーボネート:メチルエチルカーボネート=30:70
    で混合されてなることを特徴とする請求項5又は6記載
    のリチウムイオン二次電池。
JP9295916A 1997-10-28 1997-10-28 リチウムイオン二次電池 Pending JPH11135147A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9295916A JPH11135147A (ja) 1997-10-28 1997-10-28 リチウムイオン二次電池
US09/179,427 US6162562A (en) 1997-10-28 1998-10-27 Secondary cell comprising a positive electrode containing polyaniline and 4 diazo compound

Applications Claiming Priority (1)

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JP9295916A JPH11135147A (ja) 1997-10-28 1997-10-28 リチウムイオン二次電池

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Family Applications (1)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002008715A (ja) * 2000-06-21 2002-01-11 Yuasa Corp 非水電解質電池
JP2014035836A (ja) * 2012-08-07 2014-02-24 Nitto Denko Corp 非水電解液二次電池およびその製造方法
CN111587507A (zh) * 2018-04-30 2020-08-25 株式会社Lg化学 锂硫电池用电解液和包含所述电解液的锂硫电池

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JP2014035836A (ja) * 2012-08-07 2014-02-24 Nitto Denko Corp 非水電解液二次電池およびその製造方法
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