JPS5812991B2 - battery - Google Patents

battery

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JPS5812991B2
JPS5812991B2 JP7058176A JP7058176A JPS5812991B2 JP S5812991 B2 JPS5812991 B2 JP S5812991B2 JP 7058176 A JP7058176 A JP 7058176A JP 7058176 A JP7058176 A JP 7058176A JP S5812991 B2 JPS5812991 B2 JP S5812991B2
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JP
Japan
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dimethoxyethane
ethylene carbonate
solvent
electrolyte
battery
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JP7058176A
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JPS52153118A (en
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研一 中村
孝志 飯島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリチウム、マグネシウム、あるいはこれらを主
体とする合金などの軽金属を主活物質とする負極、固体
の弗化炭素を活物質とする正極、及び非水系溶媒と溶質
からなる電解質を有するいわゆる有機電解質電池に関す
る。
Detailed Description of the Invention The present invention relates to a negative electrode whose main active material is a light metal such as lithium, magnesium, or an alloy mainly composed of these, a positive electrode whose active material is solid carbon fluoride, and a non-aqueous solvent and a solute. The present invention relates to a so-called organic electrolyte battery having an electrolyte consisting of.

この種電池では、従来、プロピレンカーボネート、γ−
ブチロラクトンなどの環状エステルに、過塩素酸リチウ
ム,硼弗化リチウムなどのイオン解離性塩を溶解してイ
オン電導性をもたせた電解質が用いられている。
Conventionally, this type of battery uses propylene carbonate, γ-
An electrolyte is used in which an ion-dissociable salt such as lithium perchlorate or lithium borofluoride is dissolved in a cyclic ester such as butyrolactone to impart ionic conductivity.

これらの電解質を用いた場合、特に電流密度10mA/
cm’程度以上の高率放電時に放電々圧が減少したり、
電池活物質の利用率が低いという問題があった。
When using these electrolytes, especially at a current density of 10 mA/
During high rate discharge of about cm' or more, the discharge pressure decreases,
There was a problem that the utilization rate of battery active material was low.

本発明は,この種電池の高率放電時の特性を改良するこ
とを目的さする。
The object of the present invention is to improve the characteristics of this type of battery during high rate discharge.

本発明は、電解質の溶媒として、エチレンカーボネート
と1,2−ジメトキシエタンとを主成分に用いることを
特徴とするもので、エチレンカーボネートの一部はプロ
ピレンカーボネートもしくはγ−ブチロクトンで、また
、1,2−ジメトキシエタンの一部はテトラヒドロフラ
ンもしくは1.3−ジオキソランでそれぞれ置換しても
よい。
The present invention is characterized in that ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane are used as main components as an electrolyte solvent, and a part of the ethylene carbonate is propylene carbonate or γ-butyloctone, and 1,2-dimethoxyethane is used as the main component. A portion of 2-dimethoxyethane may be substituted with tetrahydrofuran or 1,3-dioxolane, respectively.

以下本発明をその実施例により詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below with reference to Examples.

大きさ10×25mm、厚さ0.3mmの金属リチウム
板にニッケルネットの集電体を埋込んで負極とし、正極
には弗化炭素10重量部、導電材のアセチレンブラック
1重量部及び結着剤の弗素樹脂粉末2重量部の混合物を
ニッケルネットの集電体に圧着成型した大きさ10×2
5mm、厚さ0. 3 mmのものを用いた。
A nickel net current collector is embedded in a metal lithium plate with a size of 10 x 25 mm and a thickness of 0.3 mm to serve as a negative electrode, and the positive electrode contains 10 parts by weight of carbon fluoride, 1 part by weight of acetylene black as a conductive material, and a binder. A mixture of 2 parts by weight of fluororesin powder was pressure-molded onto a nickel net current collector, and the size was 10 x 2.
5mm, thickness 0. A 3 mm one was used.

これらの正、負極各1枚を間にポリプロピレン不織布製
セパレークを介在させて、次表に示す各種電解質を満た
したポリエチレンケースに封入して試験電池を構成した
A test battery was constructed by placing one each of these positive and negative electrodes in a polyethylene case filled with various electrolytes shown in the following table, with a polypropylene nonwoven fabric separator interposed between them.

なお表中、PCはプロピレンカーボネート、BLはr−
ブチロラクトン、DMEは1,2−ジメトキシエタン、
ECはエチレンカーボネート,THFはテトラヒドロフ
ラン、DOXは1,3−ジオキソランをそれぞれ表わす
In the table, PC is propylene carbonate and BL is r-
Butyrolactone, DME is 1,2-dimethoxyethane,
EC represents ethylene carbonate, THF represents tetrahydrofuran, and DOX represents 1,3-dioxolane.

上記各種電解質を用いた電池を20℃において75Ωの
定抵抗放電したときの放電特性を第1図及び第2図に示
す。
FIGS. 1 and 2 show the discharge characteristics of batteries using the various electrolytes described above when discharged at a constant resistance of 75Ω at 20°C.

第1図から明らかなように、エチレンカーボネートと1
,2−ジメトキシエタンとの混合溶媒を用いた電解質は
、プロピレンカーボネートあるいはγ−ブチロラクトン
の単独溶媒を用いた電解質に比較して、リチウムー弗化
炭素系電池の放電特性を向上させている。
As is clear from Figure 1, ethylene carbonate and 1
, 2-dimethoxyethane improves the discharge characteristics of a lithium-fluorocarbon battery compared to an electrolyte using propylene carbonate or γ-butyrolactone as a single solvent.

即ち、放電々圧を上げ、活物質利用率を向上させている
That is, the discharge pressure is increased and the active material utilization rate is improved.

なおエチレンカーボネートは凝固点が39℃であり、硼
弗化リチウムLiBF4を溶解させて凝固点降下が起こ
っても、20℃では固体であるため単独では電解質溶媒
として用いることはできず、他の凝固点の低い溶媒と混
合することによりはじめて使用可能となる。
Ethylene carbonate has a freezing point of 39°C, and even if lithium borofluoride LiBF4 is dissolved to lower the freezing point, it is solid at 20°C, so it cannot be used alone as an electrolyte solvent, and it cannot be used alone as an electrolyte solvent. It can only be used by mixing it with a solvent.

ちなみに1,2−ジメトキシエタンの凝固点は−69℃
である。
By the way, the freezing point of 1,2-dimethoxyethane is -69℃.
It is.

一般にこの種電解質の溶媒としては、凝固点、沸点、粘
度、誘電率が適当な値を有するものでなければならない
が、特に弗化炭素を用いる場合、弗化炭素の撥水性が大
きく、ぬれにくいので、これとのなじみがよく充分ぬら
すことができるものを選択する必要がある。
In general, the solvent for this type of electrolyte must have appropriate freezing point, boiling point, viscosity, and dielectric constant, but in particular when using carbon fluoride, carbon fluoride has high water repellency and is difficult to wet. It is necessary to select a material that is compatible with this and can be sufficiently wetted.

弗化炭素をよくぬらすものとしては、■,2−ジメトキ
シエタン、1,3−ジオキソラン、テトラヒド口フラン
、エチルエーテルなどの極性の低いエーテル系溶媒が知
られている。
Low polar ether solvents such as (1),2-dimethoxyethane, 1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, and ethyl ether are known as solvents that wet fluorocarbon well.

これらのなかで、1,2−ジメキシエタンはその沸点が
85°Cで、1,3−ジオキソランの78℃、テトラヒ
ドロフランの66℃、エチルエーテルの34.5℃に比
較して高く、従って、電池を例えば70℃といった高温
に保存した場合に、電池内圧の上昇からくの漏液による
電池特性の劣化がない点で優れている。
Among these, 1,2-dimexyethane has a boiling point of 85°C, which is higher than that of 1,3-dioxolane at 78°C, tetrahydrofuran at 66°C, and ethyl ether at 34.5°C. For example, when stored at a high temperature such as 70° C., it is excellent in that there is no deterioration in battery characteristics due to an increase in battery internal pressure or leakage.

なおエーテル系溶媒のなかで、沸点101℃の1,4−
ジオキサンもあるが、その粘度は25℃において1,2
センチポアズと高く、電解質の低抗が大きくなるため不
適当である。
Among the ether solvents, 1,4- with a boiling point of 101℃
There is also dioxane, but its viscosity is 1.2 at 25°C.
It is unsuitable because the centipoise is high and the resistance of the electrolyte becomes large.

■,2−ジメトキシエタンの粘度は25℃で0.46セ
ンチポアズである。
(2) The viscosity of 2-dimethoxyethane is 0.46 centipoise at 25°C.

エーテル系溶媒とは逆に、プロピレンカーボネート、γ
−ブチロラクトンなどの極性の高い溶媒は弗化炭素をぬ
らしにくい。
Contrary to ether solvents, propylene carbonate, γ
- Highly polar solvents such as butyrolactone are difficult to wet fluorocarbons.

エチレンカーポネートについてもぬれはよくない。Wetting is also not good for ethylene carbonate.

エチレンカーポネートと1,2−ジメトキシエタンとの
混合溶媒を用いた電解質は弗化炭素を含んだ正極を非常
によくぬらし、正極を電解質の中につけただけで、正極
表面から気泡発生がみられ、正極内部へ電解質が速やか
に浸透していくのがわかるほどである。
An electrolyte using a mixed solvent of ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane wets the positive electrode containing fluorocarbon very well, and bubbles were observed to form on the surface of the positive electrode just by placing the positive electrode in the electrolyte. , it can be seen that the electrolyte rapidly permeates into the inside of the positive electrode.

一方プロピレンカーボネートあるいはγ−ブチロラクト
ン単独を溶媒とした電解質では、真空含浸をおこなって
も充分に正極内部へ浸透しない。
On the other hand, an electrolyte using propylene carbonate or γ-butyrolactone alone as a solvent does not sufficiently penetrate into the inside of the positive electrode even if vacuum impregnation is performed.

正極への浸透のよいエチレンカーポネートと1,2−ジ
メトキシエタンとの混合溶媒電解質を用いることで、正
極の実効反応表面積が増大し、このことが放電々圧の上
昇,活物質の利用率向上につながったものと考えられる
By using a mixed solvent electrolyte of ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane that penetrates well into the positive electrode, the effective reaction surface area of the positive electrode increases, which increases the discharge pressure and improves the utilization rate of the active material. It is thought that this was connected to.

ただし、■,2−ジメトキシエタン単独を溶媒とした電
解質は、正極のぬれについてはエチレンカーボネートと
の混合溶媒を用いたものより良いが、■,2−ジメトキ
シエタン自体の誘電率が25゜Cで7.2と低いため、
電解質の抵抗が大きくなり廃3のように電池性能は悪い
However, an electrolyte using ■,2-dimethoxyethane alone as a solvent is better than one using a mixed solvent with ethylene carbonate in terms of positive electrode wetting, but ■,2-dimethoxyethane itself has a dielectric constant of 25°C. Because it is as low as 7.2,
The resistance of the electrolyte increases and the battery performance deteriorates as in waste 3.

電解質の抵抗を下げるためには、1,2−ジメトキシエ
タンに極性の高い誘電率の大きな溶媒を混合するのがよ
い。
In order to lower the resistance of the electrolyte, it is preferable to mix a highly polar solvent with a large dielectric constant with 1,2-dimethoxyethane.

第2図には1,2−ジメトキシエタンに混合する溶媒の
違いによる電池性能の差が示されている。
FIG. 2 shows the difference in battery performance depending on the solvent mixed with 1,2-dimethoxyethane.

44,7.8の比較から、γーブチロラクトン、プロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネートの中ではエチ
レンカーボネートが最も優れている。
From the comparison of 44 and 7.8, ethylene carbonate is the best among γ-butyrolactone, propylene carbonate, and ethylene carbonate.

この電池性能の差は誘電率の大きさと対応している。This difference in battery performance corresponds to the magnitude of the dielectric constant.

即ち、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネートの
誘電率は25°Cにおいてそれぞれ39.64であり、
エチレンカーボネートは40℃において89である。
That is, the dielectric constants of γ-butyrolactone and propylene carbonate are each 39.64 at 25°C,
Ethylene carbonate is 89 at 40°C.

No.12.13をみると、エチレンカーボネートと1
,2−ジメトキシエタンとの混合溶媒に第3の溶媒を加
えても、即ちエチレンカーボネートの一部をγ−ブチロ
ラクトンあるいはプロピレンカーボネートで置き換えて
もエチレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンと
の混合溶媒を用いたものに近い特性が得られることがわ
かる。
No. 12.13, we see that ethylene carbonate and 1
Even if a third solvent is added to the mixed solvent of ethylene carbonate and 2-dimethoxyethane, that is, even if a part of the ethylene carbonate is replaced with γ-butyrolactone or propylene carbonate, the mixed solvent of ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane cannot be used. It can be seen that characteristics close to those used were obtained.

第3図は−20℃における75Ω定抵抗放電時の放電特
性を示す。
FIG. 3 shows the discharge characteristics during 75Ω constant resistance discharge at -20°C.

第3図でNo.4,9,10,11を比較すると、エチ
レンカーボネートと1,2−ジメトキシエクンの混合溶
媒を用いた場合の溶質の違いによる電池の低温特性の差
がわかる。
No. 3 in Figure 3. A comparison of 4, 9, 10, and 11 reveals the difference in low-temperature characteristics of the battery due to the difference in solute when a mixed solvent of ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyecune is used.

過塩素酸リチウムの場合の特性が特に悪いが、これは1
,2−ジメトキシエタンにほとんど溶解しないためであ
る。
The characteristics of lithium perchlorate are particularly bad;
This is because it hardly dissolves in ,2-dimethoxyethane.

過塩素酸リチウムの1,2一ジメトキシエタンに対する
溶解度は20℃においても0.1モル/l以下であり、
−20℃においては1,2−ジメトキシエタンとエチレ
ンカーボネ−トとの混合溶媒系でも過塩素酸リチウムが
電極表面に析出して放電を妨げる。
The solubility of lithium perchlorate in 1,2-dimethoxyethane is 0.1 mol/l or less even at 20°C,
At -20°C, even in a mixed solvent system of 1,2-dimethoxyethane and ethylene carbonate, lithium perchlorate precipitates on the electrode surface and impedes discharge.

414.15から1,2−ヅメトキシエタンの一部を過
塩素酸リチウムの溶解度の大きな他のエーテル系溶媒で
置き換えると低温特性を改善できることがわかる。
414.15, it can be seen that the low temperature characteristics can be improved by replacing a part of 1,2-dumethoxyethane with another ether solvent in which lithium perchlorate has a high solubility.

なお過塩素酸リチウムのテトラヒドロフラン、1,3−
ジオキソランに対する溶解度は20℃において1モル/
l以上である。
Note that lithium perchlorate is tetrahydrofuran, 1,3-
The solubility in dioxolane is 1 mol/mole at 20°C.
l or more.

以上のようにリチウムー弗化炭素系電池に対して、エチ
レンカーボネートと1,2−ジメトキシエクンとの混合
溶媒を用いた電解質は、特に高率放電特性を向上させる
上で効果がある。
As described above, for lithium-carbon fluoride batteries, an electrolyte using a mixed solvent of ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyecune is particularly effective in improving high rate discharge characteristics.

なおエチレンカーポネートと1,2−ジメトキシエタン
との混合比EC/DMEは体積比で1/1〜1/2の範
囲が適当である。
The mixing ratio EC/DME of ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane is suitably in the range of 1/1 to 1/2 by volume.

又エチレンカーボネートあるいは1,2−ジメトキシエ
タンの一部を第3の溶媒で置き換える場合は、それらの
50体積%より大きくない範囲が望ましい。
Further, when a portion of ethylene carbonate or 1,2-dimethoxyethane is replaced by a third solvent, it is desirable that the third solvent be used in a range not exceeding 50% by volume.

溶質の濃度は0.5〜1.5モル/lの範囲が適当であ
る。
The concentration of the solute is suitably in the range of 0.5 to 1.5 mol/l.

過酸素酸リチウムを溶質とする場合の低温特性を改善す
る方法として硼弗化リチウムなど1,2−ジメトキシエ
タンに対する溶解度の大きな他の溶質で一部置き換える
こともできるが、その場合は過塩素酸リチウムの50モ
ル%以上が望ましい。
As a way to improve the low-temperature properties when using lithium peroxyoxide as a solute, it is possible to partially replace it with other solutes that have high solubility in 1,2-dimethoxyethane, such as lithium borofluoride, but in that case, perchloric acid 50 mol% or more of lithium is desirable.

以上詳述したように本発明によれば軽金属一弗化炭素系
電池の高率放電特性を向上することができる。
As detailed above, according to the present invention, the high rate discharge characteristics of a light metal carbon monofluoride battery can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は各種電解質を用いたリチウムー弗化
炭素電池の20℃における75Ω定抵抗放電時の特性を
比較した図、第3図は−20℃における75Ω定抵抗放
電時の特性を比較した図である。
Figures 1 and 2 compare the characteristics of lithium-fluorocarbon batteries using various electrolytes during 75Ω constant resistance discharge at 20°C, and Figure 3 compares the characteristics during 75Ω constant resistance discharge at -20°C. This is a comparative diagram.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 軽金属を活物質とする負極と、固体の弗化炭素を活
物質とする正極と、溶媒及び溶質からなる電解質を有し
、前記の溶媒が、エチレンカーボネートまたはエチレン
カーボネートの一部をプロピレンカーボネートもしくは
γ−ブチロラクトンで置換したものと、1,2−ジメト
キシエタンまたは1,2−ジメトキシエタンの一部をテ
トラヒド口フランもしくは1,3−ジオキソランで置換
したものとからなることを特徴とする電池。
1 It has a negative electrode made of a light metal as an active material, a positive electrode made of solid fluorocarbon as an active material, and an electrolyte made of a solvent and a solute, and the solvent is ethylene carbonate or a part of ethylene carbonate converted into propylene carbonate or 1. A battery comprising one in which γ-butyrolactone is substituted, and one in which 1,2-dimethoxyethane or a portion of 1,2-dimethoxyethane is substituted with tetrahydrofuran or 1,3-dioxolane.
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