JPH1167211A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JPH1167211A
JPH1167211A JP9230459A JP23045997A JPH1167211A JP H1167211 A JPH1167211 A JP H1167211A JP 9230459 A JP9230459 A JP 9230459A JP 23045997 A JP23045997 A JP 23045997A JP H1167211 A JPH1167211 A JP H1167211A
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JP
Japan
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positive electrode
active material
secondary battery
weight
aqueous electrolyte
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JP9230459A
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Tomohiro Inoue
智博 井上
Masahiro Yanai
將浩 谷内
Yoshitaka Hayashi
嘉隆 林
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非水電解質二次電池の充放電サイクル特性を
改善する。 【解決手段】 正極用塗料の調製時に、フェノール系化
合物、ハイドロキノン系化合物等の酸化防止剤を添加
し、この塗料を用いて正極を作製する。正極活物質は、
ポリアニリン等の導電性高分子、LiMn2 4 やLi
CoO2 等の無機活物質、あるいは両者の混合物のいず
れであってもよい。上記酸化防止剤が主として導電性高
分子の酸化防止、無機活物質の結晶構造の崩壊の抑制、
正極活物質の分解生成物の安定化に寄与することによ
り、多数回の充放電サイクルを経ても高い放電容量が維
持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解質二次電池
に関し、特に正極の構成物質の酸化防止を通じた充放電
サイクル特性の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器の小型化、薄型化、軽量
化の進歩は目覚ましいものがあり、とりわけOA分野に
おいては、デスクトップ型からラップトップ型、ノート
ブック型へと小型軽量化している。加えて、電子手帳、
電子スチルカメラ等の新しい小型電子機器の分野も出現
し、さらには従来のハードディスク、フロッピーディス
クの小型化に加えて新しいメモリ媒体であるメモリカー
ドの開発も進められている。このような電子機器の小型
化、薄型化、軽量化の波の中で、これらの電力を支える
二次電池にも高性能化が要求されてきている。このよう
な要望の中、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム電池に替
わる高エネルギー密度電池としてリチウム二次電池の開
発が急速に進められてきた。
【0003】リチウム二次電池の正極活物質としては、
TiS2 ,MoS2 ,Co2 6 ,FeS2 ,Nb
2 ,ZrS2 ,VSe2 等の遷移金属カルコゲン化合
物、あるいはV2 5 ,MnO2 ,CoO2 などの遷移
金属酸化物が数多く研究されている。さらに最近では、
4V程度の高い放電電圧が得られ、高エネルギー化が期
待できる正極活物質として、一般式LiMO2 (Mは金
属原子)で表される層状の複合酸化物や、一般式LiM
2 4 で表されるスピネル構造の複合酸化物が提案され
ている。前者にはリチウム・コバルト酸化物(LiCo
2 )やリチウム・ニッケル酸化物(LiNiO2 )が
あり、後者にはリチウム・マンガン酸化物(LiMn2
4 )がある。これらの複合酸化物は、構成金属元素の
炭酸塩,水酸化物,硝酸塩等を出発原料として、高温で
焼成することにより合成することができる。
【0004】また、上述のような無機活物質以外に、軽
量性、加工性などの利点を持ち合わせた正極活物質とし
て、ポリピロール,ポリアセチレン,ポリチオフェン,
ポリフェニレン,ポリアニリン等に代表される導電性高
分子材料も研究されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
無機活物質には、放電初期こそ高いエネルギー密度が達
成できるものの、充放電サイクルを繰り返すうちに結晶
構造が崩壊し、エネルギー密度が低下するという問題が
ある。この問題は、表面積の増大による電池容量の確保
を狙って平均粒径の小さい無機活物質を用いた場合に特
に顕著となり、高容量化と長寿命化との両立を阻む原因
ともなっている。また、前述の導電性高分子材料の中で
はポリアニリンが最も良好な特性を示すことが知られて
いるが、それでもなお、充放電サイクル特性にはなお問
題を残している。また、導電性高分子材料は無機系材料
に比べて密度が低いために、体積当りのエネルギー密度
が低いという欠点もある。
【0006】このような無機系材料と導電性高分子材料
の互いの欠点を補う方法として、これら両者を併用する
複合体電極も提案されている。しかし、両者の問題点で
ある充放電サイクル特性に関しては、十分には解決され
ていない。また、これらの問題はリチウム二次電池に限
られるものではなく、非水電解質二次電池に広く当ては
まるものでもある。そこで本発明は、正極の劣化に起因
するサイクル特性の劣化の問題を解決し、高容量で長寿
命な非水電解質二次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】本発明は、非水電解質二
次電池の正極に酸化防止剤を含有させることにより、上
記の目的を達成しようとするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明者らは、非水電解質二次電
池の正極中に酸化防止剤を含有させると充放電サイクル
を経た場合の容量劣化を抑制できることを見い出し、本
発明を提案するに至ったものである。この改善効果は、
後述のポリアニリンのように還元体として用いられる導
電性高分子についてはその酸化防止による還元力の維
持、無機活物質については充放電サイクル中における結
晶構造の崩壊の抑制または分解生成物の安定化によるも
のと考えられる。また、正極中では充電時に電気化学的
な酸化反応が進行するため、正極活物質以外の構成物質
も酸化により劣化する可能性があり、上記の酸化防止剤
はこれらの劣化防止にも役立つものと考えられる。
【0009】本発明で用いる酸化防止剤は、緩還元剤で
あることが好ましい。たとえば、3,5−ジ−t−ブチ
ル−4−ヒドロキシトルエン、2,2′−メチレンビス
(6−t−ブチル−4−メチルフェノール)、4,4′
−ブチレンビス(3−t−ブチル−3−メチルフェノー
ル)、4,4′−チオビス(6−t−ブチル−3−メチ
ルフェノール)、α−トコフェロール、2,2,4−ト
リメチル−6−ヒドロキシ−7−t−ブチルクマロンな
どのフェノール系化合物; 2,5−ジ−t−オクチル
ハイドロキノン、2,6−ジ−n−ドデシルハイドロキ
ノン、2−n−ドデシル−5−クロロハイドロキノン、
2−t−オクチル−5−メチルハイドロキノンなどのハ
イドロキノン系化合物; トリフェニル化リン、トリス
(ジノニルフェニル)化リン、トリクレゾール化リンな
どの有機リン系化合物; ジラウリル−3,3′−チオ
ジプロピオネート、ジステアリル−3,3′−チオジプ
ロピオネートなどの硫黄化合物; N−フェニル−N′
−イソプロピル−p−フェニレンジアミンなどのフェニ
レンジアミン系化合物等を例示することができる。充放
電サイクル特性の改善効果が大きく、電池特性への副作
用が少ないことを考慮すると、フェノール系化合物、ハ
イドロキノン系化合物、有機リン系化合物が特に好適で
ある。
【0010】酸化防止剤の含有量は、正極活物質に対し
て0.1〜5重量%の範囲とすることが好適である。
0.1重量%未満では所望の酸化防止効果が得られず、
5重量%を超えると電池容量の低下を招くおそれが大き
い。
【0011】本発明の非水電解質二次電池の正極に含ま
れる正極活物質は、無機活物質、導電性高分子、あるい
はこれらの混合物からなるものである。上記無機活物質
としては、TiS2 ,MoS2 ,Co2 6 ,Fe
2 ,NbS2 ,ZrS2 ,VSe2 等の遷移金属カル
コゲン化合物、あるいはV2 5 ,MnO2 ,CoO2
などの遷移金属酸化物、あるいはコバルト,マンガン,
ニッケルから選ばれるいずれかの遷移金属とリチウムと
を構成元素として含む複合酸化物を挙げることができ
る。なかでも、高エネルギー化の観点から有利な無機活
物質は、複合酸化物であり、一般式LiMO2 で示され
る層状構造の複合酸化物、または一般式LiM2 4
示されるスピネル構造の複合酸化物を例示することがで
きる。リチウム・コバルト酸化物(LiCoO2 )やリ
チウム・ニッケル酸化物(LiNiO2 )は前者の代表
例、リチウム・マンガン酸化物(LiMn2 4 )は後
者の代表例である。これらの複合酸化物は、構成金属元
素の炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等を出発原料として、高
温で焼成することにより合成することができる。
【0012】上記無機活物質の粒径については、小さく
なるほど表面積が増えるために、初期の電池容量が増大
することが知られており、この観点から平均粒径が10
μmより大きいものは実用的ではないと一般に考えられ
ている。したがって、本発明で使用する無機活物質の平
均粒径は10μm以下とする。より好ましくは、8μm
以下とする。一方、平均粒径の下限は特に限定されるも
のではなく、通常は無機活物質の製造技術上の制約によ
り自ずと生ずるものである。従来は、平均粒径があまり
小さすぎると充放電サイクルを経るうちに電池容量が低
下することが問題となっていたが、本発明では酸化防止
剤が併用されることにより、実用的な平均粒径の下限を
従来より引下げ可能であることが重要なメリットでもあ
る。ただし、極端に小さすぎる粒径は正極塗料を調製す
る際の分散性の劣化につながるので、好ましくない。
【0013】一方、上記導電性高分子としては、ポリア
ニリン、ポリピロール、ポリアズレン、ポリフェニレ
ン、ポリアセチレン、ポリアセン、ポリフタロシアニ
ン、ポリ−3−メチルチオフェン、ポリピリジン、ポリ
ジフェニルベンジジンを例示することができる。これら
は化学重合、電解重合、プラズマ重合等の公知の重合法
により合成可能であるが、溶媒中で分子量の制御が比較
的容易に行える観点からは、化学重合が最適である。
【0014】上記導電性高分子の中でも特に良好な電池
特性が得られるものは、ポリアニリンである。ここで、
ポリアニリンの重量平均分子量Mwは1×104 以上、
2×105 以下であることが特に好適で、本発明者らの
実験によると、この範囲を外れた場合には酸化防止剤に
よる酸化防止効果が十分に得られない。なお、重量平均
分子量Mwの測定は、ゲル透過クロマトグラフィー(G
PC)によるのが最も簡便であるが、浸透圧法、光散乱
法を用いてもよい。所望の分子量分布を持つポリアニリ
ンは、重合条件を変えたり、GPCによる分取を行って
得ることができる。
【0015】なお、上述した種々の無機活物質や導電性
高分子は、数種類を組み合わせて複合活物質を構成して
もよい。特に好適な組合せは、リチウム,コバルト,マ
ンガン,ニッケルから選ばれるいずれかの遷移金属とリ
チウムとの複合酸化物と、導電性高分子との組合せであ
る。なお、上記導電性高分子と無機活物質を併用する場
合には、この導電性高分子が無機活物質のバインダ(結
着剤)も兼ねるので、ポリフッ化ビニリデン(PVD
F)等のバインダを改めて添加する必要は特にない。こ
のときの複合活物質中の導電性高分子の含有比率は、5
〜70重量%とすることが好適である。5重量%よりも
小さいと、正極活物質層の成膜性が劣化し、70重量%
を超えると電池容量が低下する傾向が顕著となる。より
好ましい範囲は、5〜50重量%である。
【0016】本発明において、酸化防止剤を含有する正
極を作製するには、正極活物質と酸化防止剤とをジメチ
ルホルムアミド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロ
フランなどの溶媒中で混合・分散させて高濃度の正極用
塗料を調製し、これを集電体上に塗布した後、乾燥させ
るのが最も簡便である。この場合の正極活物質の分散
は、ロールミル、ボールミル、バレンミル等の装置を用
いて行う。また、活物質塗料の塗布は、ワイヤ・バーや
ブレード・コーターを用いて行ったり、あるいはスプレ
ー法により行う。あるいは、電解重合により合成される
導電性高分子を正極活物質とする場合には、電解液中に
酸化防止剤を添加すればよい。
【0017】上記の正極に使用される集電体としては、
例えば、ステンレス鋼、金、白金、ニッケル、アルミニ
ウム、モリブデン、チタン等の金属をシート、箔、網、
パンチングメタル、エキスパンドメタル等の形態に成形
したもの、あるいはこれらの金属をめっき、蒸着、混練
等の方法により複合させた繊維からなる網や不織布が挙
げられる。これらは、負極の集電体としても同様に使用
できる。なかでもアルミニウムとステンレス鋼は、電気
伝導度、化学的安定性、電気化学的安定性、経済性、加
工性の観点から有利である。
【0018】一方、本発明の非水電解質二次電池の負極
を構成する負極活物質としては、Li,Na等のアルカ
リ金属、Li−Al等のリチウム合金、ポリアセン、ポ
リピリジン、ポリパラフェニレン等の導電性高分子、炭
素質材料が用いられる。特に、リチウムを吸蔵/放出可
能な負極を用いた場合、本発明の非水電解質二次電池
は、いわゆるリチウム二次電池となる。安全性の観点か
ら広く用いられている負極材料は、炭素質材料である。
この炭素質材料としては、フェノールやポリイミド等の
合成高分子あるいは天然高分子を400〜800℃の還
元雰囲気下で焼成して得られる絶縁性ないし半導体炭素
体; 石炭、ピッチ、合成高分子、あるいは天然高分子
を800〜1300℃の還元雰囲気下で焼成して得られ
る導電性炭素体; コークス、ピッチ、合成高分子ある
いは天然高分子を2000℃以上の還元雰囲気下で焼成
して得られる炭素体; および天然黒鉛などの黒鉛系炭
素体が挙げられる。ただし、これらに限定されるもので
はなく、さらにこれらは単独、あるいは混合物のいずれ
として用いてもよい。
【0019】これらの炭素体は、シート状に成形して負
極とすることができる。このときの負極の作製方法とし
ては、たとえば炭素体を適当なバインダと共に分散させ
た分散液を用い、湿式抄紙法により集電体上に直接に炭
素体シートを形成して乾燥させる方法、別の支持体上で
湿式抄紙法により形成した炭素体シートを集電体上に圧
着する方法、あるいは炭素体とバインダを含む塗料を集
電体上に塗布して乾燥させる方法がある。上記バインダ
としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリビニルピリジン等の高分子
材料を用いることができる。
【0020】本発明の非水電解質二次電池に使用される
非水電解質は、有機溶媒に電解質である塩を溶解させた
電解質溶液、あるいは固体電解質を用いることができ
る。上記電解質溶液の調製に用いられる電解質は、通常
用いられるものであれば特に制限されないが、特にリチ
ウム二次電池に関してはLiClO4 ,LiAsF6
LiPF6 ,LiBF4 ,LiBr,LiCF 3
3 ,LiN(CF3 SO2 2 ,LiC(CF3 SO
2 3 等のLi塩を例示することができる。電解質の濃
度は、使用する電極や電解液の種類にもよるが、おおよ
そ0.1〜10Mとする。
【0021】有機溶媒としては、たとえばフラン系溶媒
(テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン
等); エーテル系溶媒(メチラール、1,2−ジメト
キシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1−エトキシ
−2−ジメトキシエタン、アルコキシポリアルキレンエ
ーテル等); アミド系溶媒(N−メチルホルムアミ
ド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルム
アミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトア
ミド、N−メチルピロリジノン等); ニトリル系溶媒
(アセトニトリル、ベンゾニトリル、3−メトキシプロ
ピオニトリル等); スルホラン系溶媒(スルホラン、
テトラメチレンスルホラン、ジメチルスルホキシスルホ
ラン等); 鎖状炭酸エステル系溶媒(ジメチルカーボ
ネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネ
ート、メチルイソプロピルカーボネート等); 環状炭
酸エステル系溶媒(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等); ラクトン
系溶媒(γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ
−バレロラクトン、3−メチル−1,3−オキサゾリジ
ン−2−オン等); アルコール系溶媒(エチレングリ
コール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセ
ロソルブ、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジ
オール、1,4−ブタンジオール、ジグリセリン、ポリ
オキシアルキレングリコール、シクロヘキサンジオー
ル、キシレングリコール等); リン酸およびリン酸エ
ステル系溶媒(正リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、ポ
リリン酸、亜リン酸、トリメチルリン酸等); 2−イ
ミダゾリジノン系溶媒(1,3−ジメチル−2−イミダ
ゾリジノン等); ピロリドン系溶媒; 1,4−ジオ
キサン; ジオキソラン; ジクロロエタンを単独ある
いは混合して用いる。
【0022】一方、固体電解質を用いれば、電解液の偏
りや漏液やガス発生がなく、変形に強く信頼性の高い非
水電解質二次電池を作製することができる。固体電解質
の材料としては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピ
レンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリル
アミド等の高分子材料をマトリクスとし、前述の電解質
塩をこのマトリクス中に溶解させた複合体、あるいはこ
れらのゲル架橋体、低分子量ポリエチレンオキサイドや
クラウンエーテルなどのイオン解離基をポリマー主鎖に
グラフトさせたもの、あるいは高分子量重合体に前述の
電解液を含有させたゲル状体が挙げられる。
【0023】セパレータとしては、電解質溶液のイオン
移動に対して低抵抗であり、かつ溶液保持性に優れたも
のが用いられる。たとえば、ガラス、ポリエステル、テ
フロン、ポリフロン、ポリプロピレン等の繊維を単独あ
るいは組み合わせて作製される不織布や織布が例示され
る。このセパレータを、正極と負極との間に挟んだ巻回
体や積層体を用いて、円筒型、コイン型、ガム型、偏平
型等の様々な形態の非水電解質二次電池を作製すること
ができるが、この形態は特に限定されるものではない。
なお、固体電解質を用いる場合、固体電解質自身がセパ
レータも兼ねることがてきれば、セパレータは特に使用
しなくてもよい。
【0024】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
【0025】実施例1 本実施例では、ポリアニリンを正極活物質、3,5−ジ
−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエンを酸化防止剤と
して正極を作製し、負極にはLi板、非水電解質として
はLiPF6 をカーボネート系溶媒に溶解させた溶液を
それぞれ用い、リチウム二次電池を構成した。
【0026】まず、ポリアニリンを合成した。すなわ
ち、H2 SO4 の5.9N水溶液450mlにアニリン
20.4gを混合し、5℃以下に冷却した。これに、H
2 SO4 の5.9N水溶液50mlに過硫酸アンモニウ
ム11.5gを溶解した溶液を滴下した。滴下終了後、
3〜5℃で2時間攪拌してからポリアニリンの沈殿物を
濾取し、水、メタノールの順で十分に洗浄した。このポ
リアニリンを20モル%のヒドラジン一水和物を含むメ
タノール溶液に投入し、1日攪拌後、濾取、洗浄、乾燥
を経て重量平均分子量Mw=2.0×104 のポリアニ
リン粉末を得た。
【0027】次に、正極を作製した。すなわち、上記の
ポリアニリン1重量部と3,5−ジ−t−ブチル−4−
ヒドロキシトルエン0.005重量部(ポリアニリンに
対して0.5重量%)とをN−メチルピロリドン1重量
部に溶解し、ホモジナイザーを用いて不活性雰囲気中で
混合分散し、正極用塗料を調製した。この正極用塗料
を、大気中でワイヤ・バーを用いて厚さ20μmのAl
箔上に塗布し、100℃で15分間乾燥させ、膜厚60
μmの正極活物質層を有する全体厚さ80μmの正極を
作製した。
【0028】次に、上記の正極を用いてリチウム二次電
池を組み立てた。負極にはLi板を用いた。非水電解質
には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの
1:1(体積比)混合溶媒にLiPF6 を1Mの濃度に
溶解した溶液を用いた。この非水電解質を含浸させたセ
パレータを挟んで上述の正極と負極とを積層し、ボタン
型のリチウム二次電池とした。
【0029】実施例2 本実施例では、酸化防止剤である3,5−ジ−t−ブチ
ル−4−ヒドロキシトルエンの添加量を実施例1よりも
増やし、0.02重量部(ポリアニリンに対して2重量
%)とした。これ以外の点については、実施例1と同様
である。
【0030】実施例3 本実施例では、重合温度を低下させることで、実施例1
で合成したポリアニリンよりも重量平均分子量Mwの大
きいポリアニリンを合成し、これを正極活物質とした。
すなわち、本実施例ではポリアニリンの合成における攪
拌時の温度を0℃以下とし、重量平均分子量Mw=1.
5×105 のポリアニリンを合成した。このポリアニリ
ン1重量部と3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ
トルエン0.045重量部(ポリアニリンに対して4.
5重量%)とをN−メチルピロリドン1.5重量部に溶
解し、ホモジナイザーを用いて不活性雰囲気中で混合分
散し、正極用塗料を調製した。この正極用塗料を用いた
正極の作製方法、およびボタン型のリチウム二次電池の
組立てについては、実施例1で前述したとおりである。
【0031】実施例4 本実施例では、正極活物質としてLiMn2 4 を使用
し、酸化防止剤として2,5−ジ−t−ブチルハイドロ
キノンを用いた。すなわち、バインダであるポリフッ化
ビニリデン(PVDF)0.3重量部と、酸化防止剤で
ある2,5−ジ−t−ブチルハイドロキノン0.09重
量部(LiMn2 4 に対して1重量%)とをN−メチ
ルピロリドン10重量部に溶解し、さらにこの混合物に
正極活物質である9重量部のLiMn2 4 (平均粒径
5μm)と、導電助剤である0.7 重量部の導電性黒鉛
を加えた。この混合物を、ホモジナイザーを用いて不活
性雰囲気中で混合分散し、正極用塗料を調製した。この
正極用塗料を用いた正極の作製方法、およびボタン型の
リチウム二次電池の組立てについては、実施例1で前述
したとおりである。
【0032】実施例5 本実施例では、酸化防止剤である2,5−ジ−t−ブチ
ルハイドロキノンの添加量を実施例4よりも増やし、
0.27重量部(LiMn2 4 に対して3重量%)と
した。これ以外の点については、実施例4と同様であ
る。
【0033】実施例6 本実施例では、ポリアニリンとLiMn2 4 の双方を
正極活物質として用い、酸化防止剤としては2−t−オ
クチル−5−メチルハイドロキノンを用いた。すなわ
ち、一方の正極活物質として実施例1で合成したポリア
ニリン(重量平均分子量Mw=2×104 )1重量部
と、酸化防止剤として2−t−オクチル−5−メチルハ
イドロキノン0.45重量部(正極活物質に対して4.
5重量%)とをN−メチルピロリドン10重量部に溶解
し、この混合物にさらに、他方の正極活物質としてLi
Mn2 4 (平均粒径5μm)9重量部と、導電助剤と
して導電性黒鉛0.5重量部とを加えた。この混合物
を、ホモジナイザーを用いて不活性雰囲気中で混合分散
し、正極用塗料を調製した。この正極用塗料を用いた正
極の作製方法、およびボタン型のリチウム二次電池の組
立てについては、実施例1で前述したとおりである。
【0034】実施例7 ここでは、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によ
り分取した所望の分子量分布を有するポリアニリンとV
2 5 の双方を正極活物質として用い、酸化防止剤とし
ては2−t−オクチル−5−メチルハイドロキノンを用
いた。まず、実施例3で合成したポリアニリン(重量平
均分子量Mw=1.5×10 5 )をGPCで分画し、重
量平均分子量Mw=9.5×104 のポリアニリン画分
を得た。このポリアニリン3重量部と酸化防止剤である
2−t−オクチル−5−メチルハイドロキノン0.15
重量部(正極活物質に対して1.5重量部)とをN−メ
チルピロリドン10重量部に溶解し、さらに他方の正極
活物質であるV2 5 (平均粒径3μm)7重量部と導
電性黒鉛0.5重量部とを加えた。この混合物をホモジ
ナイザーを用いて不活性雰囲気中で混合分散し、正極用
塗料を調製した。この正極用塗料を用いた正極の作製方
法、およびボタン型のリチウム二次電池の組立てについ
ては、実施例1で前述したとおりである。
【0035】実施例8 本実施例では、LiCoO2 を正極活物質、酸化防止剤
としてジラウリル−3,3′−チオジプロピオネートを
用いた。すなわち、バインダであるポリフッ化ビニリデ
ン(PVDF)0.3重量部と、酸化防止剤であるジラ
ウリル−3,3′−チオジプロピオネートを0.06重
量部(LiCoO2 に対して0.7重量%)とをN−メ
チルピロリドン10重量部に溶解し、さらにこの混合物
に正極活物質である9重量部のLiCoO2 (平均粒径
3μm)と0.7重量部の導電性黒鉛を加えた。この混
合物を、ホモジナイザーを用いて不活性雰囲気中で混合
分散し、正極用塗料を調製した。この正極用塗料を用い
た正極の作製方法、およびボタン型のリチウム二次電池
の組立てについては、実施例1で前述したとおりであ
る。
【0036】実施例9 本実施例では、ポリアニリンとLiCoO2 の双方を正
極活物質として使用し、酸化防止剤としてはジラウリル
−3,3′−チオジプロピオネートを用いた。すなわ
ち、実施例1で合成したポリアニリン1重量部とジラウ
リル−3,3′−チオジプロピオネート0.06重量部
(正極活物質に対して0.6重量%)とをN−メチルピ
ロリドン10重量部に溶解し、さらにこの混合物に他方
の正極活物質であるLiCoO2 (平均粒径3μm)を
9重量部加えた。この混合物を、ホモジナイザーを用い
て不活性雰囲気中で混合分散し、正極用塗料を調製し
た。この正極用塗料を用いた正極の作製方法、およびボ
タン型のリチウム二次電池の組立てについては、実施例
1で前述したとおりである。
【0037】実施例10 前述の実施例1〜9では負極にLi板を用い、液状の非
水電解質を有するいわゆる金属リチウム二次電池を作製
したが、本実施例では負極に炭素系のインターカレート
材料を用い、非水電解質を高分子固体電解質としてリチ
ウム・イオン二次電池を作製した。正極は実施例3で作
製したものを用いた。負極は次のようにして作製した。
すなわち、まずポリフッ化ビニリデン(PVDF)3重
量部をN−メチルピロリドン65重量部に溶解し、さら
に負極活物質である天然黒鉛32重量部を加えた。この
混合物をロールミルを用いて不活性雰囲気中で混合分散
し、負極用塗料を調製した。この負極用塗料を、大気中
でドクター・ブレートを用いて厚さ20μmの銅箔上に
塗布し、120℃で20分間乾燥させ、膜厚85μmの
負極活物質層を有する全体厚さ105μmの負極を作製
した。
【0038】本実施例の高分子固体電解質は、光重合法
により形成する。そこで、実施例1で用いた電解液にポ
リオキシエチレンアクリレート12.8重量部、トリメ
チルプロパンアクリレート0.2重量部、ベンゾインイ
ソプロピルエーテル0.02重量部を添加して混合溶解
し、光重合性溶液を調製した。この光重合性溶液を実施
例3で作製した正極と上述の負極とに含浸させ、高圧水
銀灯の光を照射して、電解液を固化させた。このように
して得られた積層固体の発電要素部に均一に圧力をかけ
つつ3辺を熱封止し、残る1辺を減圧下で封止してリチ
ウム・イオン二次電池を作製した。
【0039】比較例1 正極用塗料の調製時に3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒ
ドロキシトルエンを添加しなかった以外は、実施例1と
同様にリチウム二次電池を作製した。
【0040】比較例2 正極用塗料の調製時に2,5−ジ−t−ブチルハイドロ
キノンを添加しなかった以外は、実施例4と同様にリチ
ウム二次電池を作製した。
【0041】比較例3 正極塗料の調製時に2−t−オクチル−5−メチルハイ
ドロキノンを添加しなかった以外は、実施例6と同様に
リチウム二次電池を作製した。
【0042】比較例4 正極塗料の調製時に2−t−オクチル−5−メチルハイ
ドロキノンを添加しなかった以外は、実施例7と同様に
リチウム二次電池を作製した。
【0043】比較例5 正極塗料の調製時にジラウリル−3,3′−チオジプロ
ピオネートを添加しなかった以外は、実施例8と同様に
リチウム二次電池を作製した。
【0044】比較例6 正極塗料の調製時にジラウリル−3,3′−チオジプロ
ピオネートを添加しなかった以外は、実施例9と同様に
リチウム二次電池を作製した。
【0045】比較例7 正極塗料の調製時に3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒド
ロキシトルエンを添加しなかった以外は、実施例10と
同様にリチウム二次電池を作製した。
【0046】ここで、実施例1〜10および比較例1〜
7で作製された各リチウム電池について、充放電サイク
ル試験を行った。試験には充放電測定装置(北斗電工社
製;HJ−201B型)を用いた。サイクル条件は活物
質により異なり、下記の条件A,条件B,条件Cの3種
類を使い分けた。 〔条件A〕…ポリアニリンのみを正極活物質とするリチ
ウム二次電池 電流密度0.12mA/cm2 で電池電圧3.7Vまで
充電→10分間休止→電流密度0.12mA/cm2
電池電圧2.5Vまで放電→10分間休止 〔条件B〕…正極活物質の少なくとも一部がLiMn2
4 またはLiCoO2 であるリチウム二次電池 電流密度1.0mA/cm2 で電池電圧4.2Vまで充
電→10分間休止→電流密度1.0mA/cm2 で電池
電圧3.3Vまで放電→10分間休止 〔条件C〕…正極活物質にV2 5 が含まれるリチウム
二次電池 電流密度1.0mA/cm2 で電池電圧3.7Vまで充
電→10分間休止→電流密度0.6mA/cm2 で電池
電圧2.5Vまで放電→10分間休止 実施例1〜9の結果を〔表1〕、比較例1〜6の結果を
〔表2〕、また実施例10と比較例7の結果を〔表3〕
にそれぞれまとめた。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【表3】
【0050】実施例1〜9および比較例1〜6は負極に
Li板を用いており、電池系内に過剰のLiが存在して
いる。したがって、〔表1〕、〔表2〕に示した放電容
量密度(mAh/g)は正極の性能の指標となるもので
ある。これに対し、実施例10と比較例7では炭素系の
負極と高分子固体電解質とを用いているため、実電池に
近い形態で性能評価が行われている。したがって、〔表
3〕に示した放電容量(mAh)は電池全体の性能の指
標となるものである。これらの結果から、正極用塗料に
酸化防止剤が添加されていない各比較例の電池では、1
00サイクル後の放電容量密度または放電容量が初期の
値の60〜80%台に低下してしまうのに対し、酸化防
止剤を添加した本発明の各実施例では概ね初期の90%
以上の高い値を維持していることがわかった。したがっ
て、本発明が充放電サイクル特性の改善に有効であるこ
とが確認された。
【0051】以上、本発明を10例の実施例にもとづい
て説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定され
るものではない。たとえば、上述の各実施例ではリチウ
ム二次電池を作製したが、本発明はこれ以外の非水電解
質二次電池に広く適用できるものである。この他、使用
する酸化防止剤の種類、正極活物質や負極活物質や非水
電解質の材料の選択、導電性高分子の合成条件、導電性
高分子の分子量、無機活物質の粒径、混合・分散条件等
の細部については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適
宜選択、変更、組合せが可能である。
【0052】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の非水電解質二次電池は、正極中に酸化防止剤を含有
することにより、その充放電サイクル特性を大幅に向上
させるものとなった。この酸化防止剤の含有量を正極活
物質に対して0.1〜5重量%とすること、正極活物質
を無機活物質と導電性高分子との混合物とすること、無
機活物質としてコバルト,マンガン,ニッケルから選ば
れるいずれかの遷移金属とリチウムとを構成元素として
含む複合酸化物を選択すること、無機活物質の平均粒径
を10μm以下とすること、導電性高分子としてポリア
ニリンを用いること、このポリアニリンの重量平均分子
量Mwを1×104 以上、2×105 以下とすること
は、いずれも充放電サイクル特性の向上や安定化、高容
量化につながる。特に負極がリチウムを吸蔵/放出可能
である場合には、高性能のリチウム二次電池を構成する
ことができる。さらに、非水電解質として高分子固体電
解質を採用することにより、非水電解質二次電池の信頼
性を高めることができる。したがって本発明は、高容
量、高電位で充放電サイクル特性に優れる非水電解質二
次電池を提供することができ、産業上の価値の極めて大
きいものである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01M 10/40 H01M 10/40 Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と、負極と、非水電解質とを有する
    非水電解質二次電池であって、 前記正極中に酸化防止剤が含有されることを特徴する非
    水電解質二次電池。
  2. 【請求項2】 前記酸化防止剤の含有量が、前記正極に
    含まれる正極活物質に対して0.1〜5重量%であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
  3. 【請求項3】 前記正極活物質が、無機活物質と導電性
    高分子の少なくともいずれかであることを特徴とする請
    求項1記載の非水電解質二次電池。
  4. 【請求項4】 前記無機活物質が、コバルト,マンガ
    ン,ニッケルから選ばれるいずれかの遷移金属とリチウ
    ムとを構成元素として含む複合酸化物であることを特徴
    とする請求項3記載の非水電解質二次電池。
  5. 【請求項5】 前記無機活物質の平均粒径が10μm以
    下であることを特徴とする請求項3記載の非水電解質二
    次電池。
  6. 【請求項6】 前記導電性高分子がポリアニリンである
    ことを特徴とする請求項3記載の非水電解質二次電池。
  7. 【請求項7】 前記ポリアニリンの重量平均分子量Mw
    が1×104 以上、2×105 以下であることを特徴と
    する請求項6記載の非水電解質二次電池。
  8. 【請求項8】 前記負極がリチウムを吸蔵/放出可能で
    あることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電
    池。
  9. 【請求項9】 前記非水電解質が高分子固体電解質であ
    ることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電
    池。
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