JPH11339807A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH11339807A
JPH11339807A JP10145643A JP14564398A JPH11339807A JP H11339807 A JPH11339807 A JP H11339807A JP 10145643 A JP10145643 A JP 10145643A JP 14564398 A JP14564398 A JP 14564398A JP H11339807 A JPH11339807 A JP H11339807A
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JP
Japan
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positive electrode
lithium
capacity
battery
negative electrode
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Application number
JP10145643A
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English (en)
Inventor
Akihiko Koiwai
明彦 小岩井
Yoshitsugu Kojima
由継 小島
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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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

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電池作製に煩雑な工程を含まずに、充放電容量
を向上させる非水電解液二次電池およびその製造方法を
提供する。 【解決手段】この非水電解液二次電池はその正極に正極
を構成する活物質の酸化反応電位よりも卑な電位で不可
逆な酸化反応を生ずるギ酸リチウムが配合されている。
負極の不可逆容量により消費される電子、リチウムイオ
ンを正極に添加したギ酸リチウムの不可逆な酸化反応に
より補われるため、正極由来のリチウムイオンが充放電
に有効利用され、電池容量が向上する。ギ酸リチウムの
配合量の上限は、負極の不可逆容量に相当するリチウム
量と等しいモル数であるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高容量の非水電解
液電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話のような電子機器の小型
化、コードレス化が急速に進んでいる。また、環境問
題、エネルギー問題から、電気自動車の開発、普及が望
まれている。これらに伴い高いエネルギー密度を有する
二次電池が要求されている。従来、これらの製品に利用
される二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニ
ッケル水素電池や鉛蓄電池が知られている。ところが、
これらの二次電池は重量が重く、エネルギー密度が低
い。
【0003】これらに対して、重量が軽く、エネルギー
密度が高いリチウム二次電池が開発され、高性能な携帯
電話用電池、電気自動車用電池等として期待されてい
る。ところが、リチウム二次電池において負極にリチウ
ム金属を用いた場合には、充放電時にリチウム金属が負
極表面においてデンドライト状、パウダー状等の活性状
態で析出するために、これらがセパレータを貫通し、正
極と短絡したり、電解液と反応する。これにより、リチ
ウム二次電池の充放電効率が低下する問題がある。
【0004】そこで、負極材料として、リチウムイオン
を可逆的に吸蔵および放出できる、黒鉛、非晶質炭素等
の炭素質材料や、SiO、SnOx等の金属酸化物材料が提案
されている。しかし、いずれの負極材料も不可逆容量
(初回の充電量と放電量との差)を持つため、リチウム
含有遷移金属酸化物正極と組み合わせて電池とした時、
正極由来のリチウムの一部が不可逆容量のためにその後
の充放電に利用されなくなり、電池容量が低下するとい
う問題があった。
【0005】そこで、例えば特開平5−144472、
特開平7−235330等に開示されているように、電
池組み立て前あるいは組み立て後に、リチウム金属等を
用いて負極に不可逆容量相当分のリチウムを予備ドープ
する方法が提案されている。しかし、これらの方法で
は、電池作製に煩雑な工程を含む上に、電池が完成する
までに時間が要するという欠点があった。
【0006】また、特開平7−254436に開示され
るように、負極材料、正極材料、電解液の少なくとも一
つに蓚酸リチウムを添加することが提案されている。こ
の方法には前述の方法のような煩雑な工程は必要としな
いものの、電池容量の向上効果は不十分である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電池作製に
煩雑な工程を含まずに、充放電容量を向上させることが
できる非水電解液二次電池およびその製造方法を提供し
ようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は正極にギ酸リ
チウムを配合することにより電池容量の向上効果が高い
ことを見つけ本発明を完成したものである。すなわち、
本発明の非水電解液二次電池は、リチウムを吸蔵および
放出可能な正極、負極及び非水電解液を有する非水電解
液二次電池であって、該正極は該正極を構成する活物質
の酸化反応電位よりも卑な電位で不可逆な酸化反応を生
ずるギ酸リチウムが配合されていることを特徴とする。
ギ酸リチウムの配合量の上限は、負極の不可逆容量に相
当するリチウム量と等しいモル数であるのが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明者らは、負極材料の不可逆
容量の生成要因に関して鋭意検討した結果、不可逆容量
は負極表面で電解液が還元されリチウム塩としてリチウ
ムイオンが失活するためであるという結論を得るに至っ
た。すなわち、主として初回の充電時において(式1)
で表されるように、電池内での不可逆な還元反応のため
に、リチウムイオンと電子が失われ、その後の充放電で
は、(式2)に示すように、正極由来のリチウムイオン
の一部が充放電に寄与しなくなる。
【0010】(式1):初回充電時 負極 A + x Li+ + x e- + E → ( A Liy ) + Liz E 正極 LixMkOl → x Li+ + x e- + MkOl (式2):2サイクル以降の充放電 負極 A + yLi+ + ye- ⇔ (A Liy) 正極 LiyMkOl ⇔ yLi+ + ye- + MkOl ただし、(式1)、(式2)において、Aは負極活物
質、Eは電解液、MはMn、Ni、Co等の遷移金属を表し、(
A Liy ) は負極活物質にリチウムが可逆的に挿入された
状態を、また、Liz Eは電解液が還元された状態を表
す。また、x = y + zであり、y < xである。
【0011】本発明者らは、この不可逆な還元反応を打
ち消す方法を鋭意検討した結果、正極活物質の充電電位
よりも卑な電位で不可逆な酸化反応を生ずる添加剤を正
極に添加することによって、正極由来のリチウムイオン
の一部が不可逆容量のためにその後の充放電に利用され
なくなることを防ぐことができるという考えを得るに至
った。すなわち、この時、(式1)、(式2)は次の
(式3)、(式4)のようになり、初回以降の充放電に
おいて、正極由来のリチウムイオンの全量が利用される
ようになる。
【0012】(式3):初回の充電時 負極 A + ( x + z ) Li+ + ( x + z ) e- + E → ( A
Lix) + Liz E 正極 LixMkOl + zAdd → x Li+ + ( x + z ) e- + M
kOl + zAdd+ (式4):2サイクル以降の充放電 負極 A +xLi+ + xe- ⇔ (A Lix) 正極 LixMkOl ⇔ xLi+ + xe- + MkOl 尚、ここでAddは添加された添加剤を表し、また、Add+
は添加剤が酸化された状態を表す。
【0013】添加剤としてリチウム塩以外を用いる場
合、(式3)の負極の左辺のzLi+は電解液から供給され
るため、不可逆反応により電解液のリチウムイオン濃度
が低下するおそれがある。そのため、この添加剤として
は、リチウム塩であることが望ましい。これにより、電
解液中のリチウムイオン濃度を低下させることなしに、
電池容量を向上させることができる。
【0014】また、このリチウム塩をLiXと表記したと
き、その分子量Mw ( LiX )が、正極活物質をLixMkOl
表記したときの、その分子量Mw ( LixMkOl )の1 / x倍
よりも小さい、すなわち Mw ( LiX ) < Mw ( LixMkOl ) / x とすることが必要である。さもなければ、単位重量当た
りの電池容量が低下する。
【0015】正極へのリチウム塩の添加量の上限は、負
極材料の不可逆容量に相当するリチウム量と等しいモル
数である。添加量が、この上限値よりも大きいと、電池
容量向上の効果が低減する。また、このリチウム塩とし
ては、ギ酸リチウム(HCOOLi)であることが望ましい。
【0016】正極への添加剤の添加方法は、特に限定さ
れないが、例えば、正極活物質、導電助材、バインダ、
溶媒等からなる正極合剤ペーストに添加剤を添加混合さ
せる方法が挙げられる。このペーストを集電体である、
例えばアルミ箔上に塗布し、乾燥後プレスすることによ
り、本発明の正極シートを作製することができる。尚、
正極シートの乾燥温度は、該添加剤が熱分解する温度よ
りも低い温度であることが望ましい。
【0017】本発明には、正極、負極および電解液等の
材料は特に限定されない。上記正極活物質として、例え
ば、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2等より選ばれる1種類あ
るいは2種類以上の混合物を用いることができる。上記
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、非
晶質炭素材料等より選ばれる1種類あるいは2種類以上
の混合物を用いることができる。
【0018】また、上記電解液として例えばプロピレン
カーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボ
ネート、ジメチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ
-ブチロラクトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラ
ン、ジオキソラン、スルホラン等の非プロトン性有機溶
媒より選ばれる1種類あるいは2種類以上の混合溶媒
に、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3
LiI、LiBr、LiCl等のリチウム塩より選ばれる1種類あ
るいは2種類以上を溶解させた非水電解液を用いること
ができる。
【0019】
【作用効果】負極の不可逆容量により消費される電子、
リチウムイオンを正極に添加した添加剤の不可逆な酸化
反応により補われるため、正極由来のリチウムイオンが
充放電に有効利用される。このため、電池容量が向上す
る。
【0020】
【実施例】実施例1 LiMn2O486重量部、カーボンブラック7重量部、ポリ
フッ化ビニリデン7重量部、n-メチルピロリドン80
重量部とギ酸リチウム5.2重量部とを混合し、正極合
剤ペーストとした。これを、厚さ20μmのアルミ箔上
に塗布し、乾燥後、冷間プレスしたものを、直径15mm
の円板状に打ち抜き、200℃で2時間真空乾燥したもの
を実施例1の評価電極とした。
【0021】対極をリチウム金属とし、電解液にはエチ
レンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:1の
体積比に混合した溶液に1モル/LのLiPF6を溶解させた
非プロトン性有機電解液を、セパレーターにポリエチレ
ン製の多孔質フィルムを用いて、評価用電池を構成し
た。充電は、終止電圧4.3Vで電流密度1 mA・cm-2
5時間の定電流-定電圧試験とし、また、放電は、終止
電圧3.5 Vで電流密度を0.5 mA・cm-2の定電流試験
とした。この実施例1の評価電極の正極活物質単位重量
当たりの充放電容量を求めた結果を表1に示す。
【0022】次に、LiMn2O487重量部、カーボンブラ
ック7重量部、ポリフッ化ビニリデン7重量部とn-メ
チルピロリドン80重量部とを混合し、正極合剤ペース
トとした以外は、実施例1と同様に作製した電極を比較
例1の評価電極として、実施例1と同様に比較例1の充
放電容量を求めた。その結果を表1に示す。 表1に示したように、実施例1の電極は比較例1の電極
と比較して充電容量が活物質単位重量当たりにして23 m
Ah/g多くなっているのに対して、放電容量は等しかっ
た。この充電容量の増加は、添加したギ酸リチウムの酸
化反応量に対応しており、添加したギ酸リチウムが不可
逆な酸化反応を生じたことを示している。 実施例2 大阪ガス製人造黒鉛MCMBを95重量部、PVdFを5重量部
とn-メチルピロリドン60重量部とを混合して負極合剤
ペーストとした。このペーストを厚さ10μmの銅箔に
塗布し、乾燥させた後、これを温間プレスし、直径15
mmの円板状に打ち抜き、200℃で2時間真空乾燥して
負極を作製した。尚、この負極上の負極活物質(MCMB)
量は、20 mgであった。
【0023】同様の負極を他に作製し、この電極の不可
逆容量を評価した結果、0.6 mAhであった。 LiMn2O
486重量部、カーボンブラック7重量部、ポリフッ化
ビニリデン7重量部、n-メチルピロリドン80重量部
とギ酸リチウム2.8重量部とを混合し、正極合剤ペー
ストとした。これを、厚さ20μmのアルミ箔上に塗布
し、乾燥後、冷間プレスしたものを、直径15mmの円板
状に打ち抜き、200℃で2時間真空乾燥したものを正
極とした。尚、本正極上の活物質およびギ酸リチウム量
はそれぞれ35.5 mgおよび1.2 mgであった。この
ギ酸リチウム量は、負極の不可逆容量に相当する量であ
る。
【0024】上記負極および正極を用いて電池を作製
し、実施例2の評価電池とした。尚、電解液にはエチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:1の体積
比に混合した溶液に1モル/LのLiPF6を溶解させた非プ
ロトン性有機電解液を、セパレーターにポリエチレン製
の多孔質フィルムを用いた。充電は、終止電圧4.2 V
で電流密度1mA・cm-2で5時間の定電流-定電圧試験と
し、また、放電は、終止電圧3.0 Vで電流密度を0.
5 mA・cm-2の定電流試験として、実施例2の評価電池の
充放電容量を求めた結果を表2に示す。
【0025】ギ酸リチウムが添加されていない正極を用
いた以外は、実施例2の電池と同様の電池を作製し、比
較例2の評価電池とした。実施例2の評価電池と同じ評
価条件で比較例2の評価電池の充放電容量を求めた結果
を表2に示す。 表2に示したように、実施例2の電池は、比較例2の電
池と比較して充電容量、放電容量共に0.6 mAh多かっ
た。これは、負極の不可逆容量に相当する容量である。
また、実施例2の放電容量を正極活物質単位重量当たり
に換算すると120 mAh/gであり、実施例1または比較
例1で示した単極評価時の容量と等しく、正極にギ酸リ
チウムを添加することにより、正極由来のリチウムイオ
ンを充放電に有効に利用できることがわかる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムを吸蔵および放出可能な正極、
    負極及び非水電解液を有する非水電解液二次電池であっ
    て、 該正極は該正極を構成する活物質の酸化反応電位よりも
    卑な電位で不可逆な酸化反応を生ずるギ酸リチウムが配
    合されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 前記ギ酸リチウムの配合量の上限が該負
    極の不可逆容量に相当するリチウム量と等しいモル数で
    ある請求項1記載の非水電解液二次電池。
JP10145643A 1998-05-27 1998-05-27 非水電解液二次電池 Pending JPH11339807A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013080722A1 (ja) * 2011-11-30 2013-06-06 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池及びその製造方法

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WO2013080722A1 (ja) * 2011-11-30 2013-06-06 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池及びその製造方法

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