JPH1167272A - リチウム電池 - Google Patents
リチウム電池Info
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- JPH1167272A JPH1167272A JP9222245A JP22224597A JPH1167272A JP H1167272 A JPH1167272 A JP H1167272A JP 9222245 A JP9222245 A JP 9222245A JP 22224597 A JP22224597 A JP 22224597A JP H1167272 A JPH1167272 A JP H1167272A
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Abstract
合物を負極に用いる一次及び二次電池の保存特性ならび
に二次電池におけるサイクル特性の向上を目的とする。 【構成】 リチウム、又はリチウムを吸蔵・放出する化
合物を負極に用いた電池内に、メルカプト基によって一
部置換された縮合多環複素環化合物を存在させたリチウ
ム電池とすることで、上記目的を達成できる。
Description
良に関するものである。
い電子機器の小型化がめざましい。特に携帯電話やPH
Sなどの携帯機器類や小型パーソナルコンピュータの需
要拡大は著しく、これらの機器類の軽薄短小化に伴い電
源となる電池においても高機能化に加えて小型化・薄形
化が求められている。このような背景において小型で高
容量が期待できるリチウム電池が注目されている。最近
では携帯電話などにリチウムイオン二次電池の応用がな
されており、情報化時代の注目技術として研究が盛んに
行われている。
は、安全性などの解決すべき問題点が多く存在するが、
負極のリチウムあるいはリチウムをドープしたカーボン
の反応性が高いことが様々な問題点を引き起こす原因と
なっている。リチウムは反応性に非常に富むために電解
液などと反応して表面被膜層を形成することが知られて
いる。また、この特性を利用して積極的に表面に機能的
な被膜を形成させようという研究も行われている。例え
ば、Kanamuraらの報告であるJ. Electrochem. Soc., Vo
l141, No.9などに示されるように、フッ化水素の積極的
な添加・表面被膜形成によりリチウムの表面を制御しよ
うとする動きが挙げられる。これらの背景としては、金
属リチウムはエネルギー密度が高いものの、充放電の繰
り返しや長期保存後に表面被膜を形成したり、それが原
因で樹枝状リチウムの析出が生じ、デンドライトショー
トやリチウムの電子的孤立を招いたりすることが挙げら
れる。
ゲルを用いた電解質電池の研究が盛んに行われている。
これらの電池においてはリチウム界面に接するフリーな
溶媒分子が液状で存在しないことから表面被膜が生成す
るとリチウムの溶解・析出が困難になり、液系の電池と
比較して電池特性の悪化が認められる。
あり、リチウム、又はリチウムを吸蔵・放出する化合物
を負極に用いる一次及び二次電池の保存特性ならびに二
次電池におけるサイクル特性の向上を目的とする。
を吸蔵・放出する化合物を負極に用いた電池においては
充放電や保存に伴って活物質表面に被膜が生成し、内部
抵抗が増大することが知られている。この問題を解決す
る手段としては活物質自身を化学修飾する方法やリチウ
ムにおいては合金化する方法が検討されている。前者は
技術的に確立されておらず、後者においては合金化する
ことで理論容量が低下するなどの問題がある。リチウム
金属系に関してはクーロン効率を向上させる添加剤とし
て金属イオンなどがMatsuda らによりJ. Power Source
s, 45 (1993) などで報告されている。本発明は、ある
種の有機化合物の微量添加により金属リチウムの表面抵
抗の増大を大幅に抑制可能で、ひいてはリチウムを吸蔵
・放出する化合物においても同様の効果があることを見
い出したことによりなされたものである。この技術によ
って金属リチウムを用いた電池においてもゲル電解質や
高分子固体電解質を電解質として用いる電池においても
抵抗増大を抑制可能である。
基によって一部置換された縮合多環複素環化合物に代表
される物質であり、2-メルカプトベンズイミダゾール、
2-メルカプトベンズチアゾール、2-メルカプトベンゾキ
サゾール、2-メルカプト5-メチルベンズイミダゾール、
6-メルカプトプリンなどが挙げられるがこれらに限定さ
れるものではない。これらの化合物を電解質に対して0.
1mol/kg 以下の微量濃度で添加することによってその効
果は発現可能となる。0.1mol/kg 以上の添加でも本発明
の効果は期待できるが、逆に発電要素に寄与しない同物
質をむやみに増やすだけであり、0.1mol/kg 以下の微量
で十分に効果が発現される。特に、2-メルカプトベンズ
イミダゾールの効果は著しく、リチウムの保存における
抵抗の増大は殆ど抑制可能となる。また、イオン伝導性
付与のために電解質中にリチウム塩としてLiBF4 や
LiPF6 を含有させた場合、電池保存に伴い著しく抵
抗が増大するが、そのような条件下においても、抵抗増
加が抑制可能となる。そのメカニズムに関しては現在解
明中であるが、リチウムとの反応によって有機被膜が生
成し、無機被膜の生成を抑制する効果があると考えられ
る。同様にゲル電解質、特に平衡膨潤度以下の状態にあ
るゲル電解質や高分子固体電解質を用いた場合に非常に
効果的である。これは、親和性のない無機被膜に対し
て、添加剤によって生成した有機被膜は緻密でないと考
えられ、加えて電解質ポリマーとの親和性・密着性も良
いことが原因と考えられる。
ウムを吸蔵・放出する化合物を負極に用いた電池の電解
質内に、メルカプト基によって一部置換された縮合多環
複素環化合物を存在させたことを特徴とし、該電解質が
高分子固体電解質あるいは平衡膨潤度以下の膨潤状態に
あるゲル電解質である場合に更にその効果が顕著であ
り、前記メルカプト基によって一部置換された縮合多環
複素環化合物がメルカプトベンズイミダゾールとするこ
とで最も高い効果が発現可能となる。メルカプト基によ
って一部置換された縮合多環複素環化合物の濃度が電池
に含有される電解質に対し0.1mol/kg 以下の濃度でその
効果は十分に発現され、前記電解質に含まれるリチウム
塩がLiPF6 又はLiBF4 である抵抗増大の著しい
系においても効果的に上記目的を達成することが可能と
なる。
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
に、リチウム/ゲル電解質/リチウムのサンドイッチセ
ルを以下の通り試作した。
レンカーボネートの体積比3:2の混合溶媒にLiBF
4 を1mol/lとなるよう溶解させたものを準備した。集電
体である厚さ20μmのステンレス箔上に厚さ100μ
mのリチウムをロール圧着した。前記電解液とスチレン
換算で数平均分子量約11000 のポリエチレンオキサイド
の2官能アクリレートを重量比4:1で混合したもの
に、予めアルコールから再結晶させた後に真空乾燥を行
った2-メルカプトベンズイミダゾールを0.03mol/kgの濃
度となるよう溶解させた。これを以下ゲルプレカーサー
溶液と言う。ついで、リチウム上にゲルプレカーサー溶
液をバーコーターで塗布し、放射線重合を行ない、ゲル
電解質層を形成させた。2枚同様なものを作製し、周囲
部分にポリプロピレンを配置して重ねあわせて真空シー
ルし、リチウム/ ゲル電解質/ リチウムのサンドイッチ
セルを作製した。これを以下テストセル1とする。
カプトベンズチアゾール、2-メルカプトベンゾキサゾー
ル、2-メルカプト5-メチルベンズイミダゾールを2-メル
カプトベンズイミダゾールに置き換えて各々作製した。
作製したセルをそれぞれテストセル2、テストセル3、
テストセル4とする。
のサイクル特性を調べるために前述のリチウム極と電解
質に対向する面にバナジン酸リチウムを活物質とする正
極を配置し、テストセルと同様に密閉してそれぞれ電池
を作製した。テストセルと同様に2-メルカプトベンズイ
ミダゾールを添加してある電池を本発明の電池1、以下
2-メルカプトベンズチアゾール、2-メルカプトベンゾキ
サゾール、2-メルカプト5-メチルベンズイミダゾールの
添加してある電池をそれぞれ本発明の電池2、本発明の
電池3、本発明の電池4とした。(比較例)比較例とし
てリチウム/ゲル電解質/リチウムのサンドイッチセル
を前述同様の方法で、メルカプト基を有する縮合多環複
素環化合物を添加していない電解質を用いて作製したも
のをテストセル0、それを電池にしたものを比較例の電
池1とした。
℃での保存に伴う抵抗の経時変化を確認した。比較例1
の電池と本発明1〜4の電池に関しては定電流充放電を
行った。充放電条件は20℃において、上限カット電圧を
3.1V、下限カット電圧を2.0Vとし、電流は0.35mA/cm2で
約10時間率とした。電池におけるリチウムの仕込み量は
サイクル特性を確認するために正極理論容量と同等とし
た。
増大は表1に見られるように無添加のテストセル0と比
較して各々の2-メルカプトベンズイミダゾール、2-メル
カプトベンズチアゾール、2-メルカプトベンゾキサゾー
ル、2-メルカプト5-メチルベンズイミダゾールの添加し
てあるテストセル1〜4に関しては抵抗の増大が抑えら
れていることが確認できる。特に2-メルカプトベンズイ
ミダゾールの添加してあるテストセル1の抵抗増大の抑
制効果は顕著であった。
見られるように2-メルカプトベンズイミダゾールの添加
において最大の効果が認められ、他のメルカプト基によ
って一部置換された縮合多環複素環化合物の添加におい
ても比較例1の電池と比較して良好な特性が認められ
た。
調査するためテストセル1およびテストセル0のリチウ
ム表面のX線光電子分光法(XPS)による測定を行っ
た。テストセル1においてはフッ化リチウムに由来する
F1sのピークがごく表面層のみで観測されるものの、フ
ッ化リチウムや酸化リチウムは深さ方向にたいして減少
傾向が大きく、図2から明らかな如く、60nmのエッチン
グで不純物層のピークはほとんど消失したことが確認さ
れた。比較例1に関しては深部までフッ化リチウムの存
在が認められている。即ち、金属リチウムのフッ素化が
抑制されていることがわかった。また、テストセル1の
最表面層においてはメルカプト基が原因と考えられる硫
黄化合物の結合と、添加剤の骨格に含まれる窒素の化合
物の結合が確認された。よって、縮合多環複素環化合物
が優先的にリチウムと反応して安定な表面構造を形成
し、遊離フッ素などやアニオンの分解、あるいは不純物
による表面被膜の成長を阻害する効果が発現されると考
えられる。
く本発明によれば、リチウム、又はリチウムを吸蔵・放
出する化合物を負極に用いる一次および二次電池の保存
特性ならびに二次電池におけるサイクル特性の向上が可
能となる。
ム及びその化合物の結合状態を表わすLi1sスペクトル
を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 リチウム、又はリチウムを吸蔵・放出す
る化合物を負極に用いた電池内に、メルカプト基によっ
て一部置換された縮合多環複素環化合物を存在させたこ
とを特徴とするリチウム電池。 - 【請求項2】 リチウム、又はリチウムを吸蔵・放出す
る化合物を負極に用いた電池の電解質内に、メルカプト
基によって一部置換された縮合多環複素環化合物を存在
させたことを特徴とするリチウム電池。 - 【請求項3】 前記メルカプト基によって一部置換され
た縮合多環複素環化合物が、2-メルカプトベンズイミダ
ゾールであることを特徴とする請求項1又は2記載のリ
チウム電池。 - 【請求項4】 前記電解質が、高分子固体電解質あるい
は平衡膨潤度以下の膨潤状態にあるゲル電解質であるこ
とを特徴とする請求項2記載のリチウム電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9222245A JPH1167272A (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | リチウム電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9222245A JPH1167272A (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | リチウム電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1167272A true JPH1167272A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16779383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9222245A Pending JPH1167272A (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | リチウム電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1167272A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2022529794A (ja) * | 2019-08-21 | 2022-06-24 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | リチウム二次電池用非水電解液およびこれを含むリチウム二次電池 |
-
1997
- 1997-08-19 JP JP9222245A patent/JPH1167272A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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