JPS61163567A - 有機電解液電池 - Google Patents

有機電解液電池

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JPS61163567A
JPS61163567A JP60005169A JP516985A JPS61163567A JP S61163567 A JPS61163567 A JP S61163567A JP 60005169 A JP60005169 A JP 60005169A JP 516985 A JP516985 A JP 516985A JP S61163567 A JPS61163567 A JP S61163567A
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electrolytic solution
discharge
electrolyte
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propylene carbonate
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Yoshinori Toyoguchi
▲吉▼徳 豊口
Takashi Iijima
孝志 飯島
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • 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
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、有機電解液を用いた一次電池および二次電池
に関する。
従来の技術 有機電解液電池は、従来の水溶液を用いた電池に比べ高
エネルギー密度になることが期待され。
−次電池、二次電池として盛んに研究されている。
その中で、負極にリチウム、正極にフッ化炭素や二酸化
マンガン、酸化銅を用いた電池はすでに高エネルギー密
度−次電池として実用化されている。
これらの有機電解液−次電池の電解液としては。
過塩素酸リチウム(Limit4)やホウフッ化リチウ
ム(LiBF4)をプロピレンカーボネート(PC)や
r−ブチロラクトン(r−BL)に溶解したもの、ある
いはPCとジメトキシエタン(DME)、PCとジオキ
ソラン(DiOx)の混合溶媒に溶解したものなどが使
用されて来た。
また最近では、有機電解液二次電池として、正極として
二硫化チタン(TiS2)  やポリアセチレン、ポリ
ビローy、ポリアニリンなどのいわゆる合成金属が良好
な特性を示すことが報告されている。
一方、負極においても、リチウム金属電極の他。
可融合金やアルミニウムを用い、充電により電解液中の
リチウムイオンを吸蔵し、放電によジリチウムイオンと
して電解液中に放出する電極、あるいはポリアセチレン
やポリアニリンを用いて、電解液中のリチウムイオンや
、テトラブチルアンモニウムイオンを充電によシ吸蔵し
、放電によシ放出する電極などが検討されている。
これら二次電池の電解液として、先に述べた一次電池と
同じ電解液のほかに、溶媒に2−メチルテトラヒドロフ
ラン、溶質にリチウムへキサフロロアyセネート(Li
AsF6) 、過塩素酸テトラブチルアンモニウムなど
の組み合わせが検討されている。
発明が解決しようとする問題点 上記に述べた負極や正極を用いた有機電解質電池では、
放電電圧が低かったシ、あるいは二次電池では充放電効
率が低いという欠点があシ、本発明はこれらの欠点を改
良するものである。
問題点を解決するだめの手段 本発明は、少なくとも1つの有機溶媒と少なくとも1つ
の溶質からなる電解液を用いる有機電解液電池において
、前記有機i11として、1−インプロピIV−2,2
−ジメチル−1,3−プロビレを用いるものである。
ここで負極には、リチウムの他電解液中で充電でカオオ
ンを吸蔵し、放電によシ放出する可融合金。
アルミニウム、ポリアセチレンなどの合成金属など、正
極には金属酸化物、金属カルコゲン化物。
フッ化炭素、および充電によシ有機電解液中のアニオン
を吸蔵し、放電によシ放出するポリアセチレン、ポリピ
ロール、ポリアニリンなどの合成金属などが用いられる
電解液中でアニオン、カチオンにl1lf、glスる溶
質は、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ
化リン酸リチウムなどのリチウム塩や、過塩素酸テトラ
ブチルアンモニウムなどの過塩素酸四級アンモニウム塩
が用いられる。これらの溶質を溶解する混合溶媒は1−
イソプロピA/−2,2−ジメチ1v−1,3−プロピ
レンカーボネートを10体積%以上含有するもので、他
の成分として。
プロピレンカー、ボネート、エチレンカーボネート。
γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタン、ジオキソラン
、4−メチルジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−
メチルテトラヒドロフランの1つまたは2以上の組み合
わせが用いられる。
作用 1−イソプロピ/L’−2,2−ジメチル−1,3−プ
ロピレンカーポネートの誘電率は81と大きい。
この化合物に対する前記のようなリチウム塩や四級アン
モニウム塩の溶解性は、o、2モtv/lまでであシ、
従来のPGやr−BLを用いたものに比べて溶解性は悪
い。
さらに、上記溶質を飽和状態まで溶解した電解液の電気
伝導度は、大体2X10−’Ω−1・副−1であシ、従
来の1モル/lのLiClO4をpcに溶解した電解液
の5X10−’Ω−’*crn”、PCとDMEの1:
1混合溶媒に溶解した電解液の1・4×10− 〇−・
副 に比べ1〜2桁低く。
有機電解液電池用の電解液に不適当がと思われていた。
しかし、低率放電では、正極にMnO□やCuOなどの
金属酸化物@ TLEi2− F(882# CuFe
S2などの金−力pコゲン化物、フッ化炭素あるいはポ
リアセチレンやポリピロールなどの合晟金^を用いた電
池では、従来の電解液を用いた電池に比べ放電電圧が高
くなシ、また二次電池では、充放電効率が向上する。さ
らに負極に、ポリアセチレンや、ポリアニリンを用いた
二次電池でも充放電効率の向上が見られ、また放電電圧
も低くなシ、負極の特性を向上させることがわかった。
これは、従来のPC+1−BL、DMEを用いた電解液
糸に比べて、電極の濡れが同上したためと考えられるが
詳細な理由は明らかでない。
さらに、1−イソプロピ)V−2,2−ジメチル−1,
3−プロピレンカーボネートを10%積%以上を含み、
他の成分としてPC2γ−BL。
DMXなどを加えた混合溶媒を用いることによシ。
電解液として、溶質の溶解度が増し、電気伝導度が向上
するため、高率放電においても、従来の電解液を用いた
場合に較べ、放電電圧の向上、および二次電池において
は、充放電効率の向上が見られる。
実施例 以下1本発明の詳細な説明する。
実施例1 負極に金属リチウム、正極活物質にフッ化炭素を用いた
。正極はフッ化炭素100重量部に、導電剤のアセチレ
ンブラック2o電量部、結着剤のポリ四フッ化エチレン
10重量部加え、よく混合し合剤とした。この合剤0.
6tを合剤中に集電体としてのチタンエキスバンドメタ
ルが埋没するようにして、大きさ2 cyt X 2 
cmにプレス成形した。
この正極の端の合剤を除き、リードとしてのチタンリボ
ンを集電体にスポット溶接した。この正極の理論電気容
量は、33211ムhである。
負極としては、大きさ2 an X 2α、厚さ0.2
fiのリチウムをニッケルネットに圧着し、ネットの端
よシニッケルリボンでリードをとったもので。
理論電気容量は1600鳳ムhである。上記の正極。
負極ヲセパレータとしてのポリプロピレン製不織布を介
して、密着させるようKして電槽中に入れた。これに電
解液を入れて、真空含浸して、正極合剤中に電解液を含
ませた。
この電池の概略図を第1図に示す。図中1は正極、2は
負極、3はセパレータ、4は電解液、6は電槽である。
電解液として0.2モN/lのLiBF4 を溶解した
1−イソプロピル−2,2−ジメチ1v−1,3−プロ
ピレンカーボネートを用いた電池をムとし、比較例の1
モN/lのLiBF4を溶解したr−1SLを用いた電
池をB、r−BLとDMCの体積1:1の混合溶媒忙1
モIV/lのLiBF4  を溶解した電解液を用いた
電池をGとする。第2図にこれらの電池の20℃1m人
定電流放電での放電曲線を示す。図より明らかなように
低率放電において1本発明の電解液を用いたものムが、
放電電圧が高くなっていることがわかる。
実施例2 実施例1と同じ構成の電池を用い、電解液のみを変えた
。なお溶質はすべてIgiBF4 でその濃度は1モ/
I//lである。電解液の溶媒に、1−イソプロピA/
−2,2−ジメチル−1,3−プロピレンカーボネート
30体積%に対して、DM170体積%を混合した溶媒
を用いた電池をり、プロピレンカーボネー)70体積%
を混合した溶媒を用いた電池をXとし、比較例として、
体積%で6o:5oのγ−BLとDMXの混合溶媒を用
いた電池を1とする。第3図には、20’Cで3o■ム
の定電流放電を行った時の放電曲線を示す。第3図よシ
明らかなように、1−イソプロピ/I/−2,2−ジメ
チ/L’−1,3−プロピレンカーボネートヲ用いた混
合溶媒を使用することによ〕、高率放電でも、高い放電
電圧を示すことがわかる。
第4図は、1−イソプロピル−2,2−ジメチル−1,
3−プロピレンカーボネートとDMEの混合比率を変え
て上記と同じ試験をした時の混合比率と、放電開始から
1時間後の電池電圧をプロットしたものである。これよ
シ、1−イソプロピル−2,2−ジメチル−1,3−プ
ロピレンカーボネートの比率は1体積比で10%以上で
顕著になることがわかる。なお、これの比率が60Xを
超えると、高率放電時の電池電圧は低下する。これは、
電解液の電気伝導度の低下が顕著になるためである。し
かし、実施例1に示したように低率放電では、1−イソ
プロピル−2,2−ジメチル−1,3−プロピレンカー
ボネートのを溶媒に使用した電解液でも放電電圧は高い
以上の実施例では、正極活物質にフッ化炭素を用いた例
を示したが、これ以外に、MnO2,CuOなどの金属
酸化物、 TiS2やFeS2. CuFe82゛など
の金属カルコゲン化物を用いた場合にも同様の効果が見
られた。しかし、塩化銀やフッ化カドミウムなどの金属
ハロゲン化物では、あま〕効果は見られなかった。原因
としては、正極の濡れがあま)良くないためと推定され
る。
実施例3 ポリアセチレンを負極、正極の両方に用い、負極では充
放電で電解液中のカチオンのドープ、脱ドープ、正極で
はアニオンのドープ、脱ドープを行わせる二次電池の例
を説明する。
正極、負極とも大きさ2 cm X 2 crnp厚さ
0.1脳のポリアセチレンフィルムを用いた。溶媒に1
−イソプロピル−2,2−ジメチル−1,3−プロピレ
ンカーボネートを用い、これに0.2モル/lのLi0
110<を溶解した電解液を用いた電池をG。
pcとDMIEを体積比50 : 50の混合溶媒に1
モtv/lのLLO1!04を溶解した電池をHとする
これらの電池について、1mムで3時間充電した後、1
11ムで電池の端子電圧が1.67になるまで放電する
充放電をくり返した。第6図は、第5サイクルでの放電
における各々正極、負極の電位の変化をリチウム照合電
位に対して測定した結果を示すものである。これよシミ
池σでは、正極の放電電位は高<、また負極の放電電位
は低くなっており、電池の端子電圧は高くなっているこ
とがわかる。さらに電池Gでは、放電時間が長くなって
いることよシ、充放電効率も向上していることがわかる
また、正極にポリピロールやポリアニリンなどの合成金
属を用いても同様の効果が得られた。さらに負極に、ポ
リアセチレン以外のポリアニリンなどの合成金属を用い
ても同様の効果が得られた。
電解質の溶質として、I、1BF4. LiPF6  
などのリチウム塩、過塩素酸テトラブチルアンモニウム
などの四級アンモニウム塩を用いた場合でも。
溶媒に1−イソプロピA/−2,2−ジメチル−1,3
−プロピレンカーボネートを用いた方が良好な特性が得
られた。
実施例4 負極に可融合金の一種でるるウッド合金(Bi2O%、
Pb2s%、5n12.5%、01112.5%)を用
い、正極にTiS2を活物質として用いた。
ウッド合金は、充電によシミ解液中のリチウムイオンを
吸蔵して金属間化合物をfil:D、放電によりリチウ
ムをリチウムイオンとして放出する機能を有するもので
ある。負極には、大きさ2 cm X 2 cm 1厚
さ0.11111のウッド合金に、あらかじめリチウム
を20011ムh 相当分吸蔵させたものを用いた。
正極は実施例1に示したのと同様にして、活物質をツク
化炭素からTiS2に変えて作°製した。電解液の溶質
には1モlv/lのLiPF6  を使用し、電解液の
溶媒を変えて二次電池の特性を評価した。
1−イソプロピA/−2,2−ジメチIv−1,3−プ
ロピレンカーボネートとPGとの体積比5゜:60の混
合溶媒を用いた電池をX、PCとDMIEの体積比50
 : 50の混合溶媒を用いた電池をJとする。4mム
で電池電圧が1.07になるまで放電し、その後411
ムで2a時間充電する放電、充電を〈シ返した。第6図
には、第6サイクルの放電の正極、負極の電位の変化を
示し九〇これよシミ池Iの負極の電位は低下し、正極の
電位は高くなシ、放電電圧が向上していることがわかる
。また放電時間もIの方が大で充放電効率が向上してい
ることがわかる。
負極に可融合金以外にアルミニウムを用いても同じ効果
が見られ、また正極活物質としてτiS2以外にMnO
2,Or、O,などを用いても同様の効果が見られた。
tた、溶Jj4.LiPF6以外ニLi0IIO4,L
iBF4゜LiAsF6などのリチウム塩を用いること
により同様の効果が見られた。混合溶媒中の1−イソプ
ロピル−2,2−ジメチ1v−1,3−プロピレンカー
ボネートとの比率は、10体積%以上で顕著であj5,
60体積%を超えると効果は低下してくる。
これは、電解液の電気伝導度が低下するためで。
低率放電を行うと、1−イソプロピル−2,2−ジメチ
A/−1.3−プロピレンカーボネート単独溶媒を用い
ても、従来の電解液を用いた場合に比べ、放電電圧が高
くなシ、充放電効率も向上するという効果は顕著になっ
てくる。
発明の効果 以上のように、本発明によれば有機電解液−次電池では
放電電圧が向上し、二次電池では充放電効率が向上する
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の電池の縦断面略図。 第2図及び第3図は放電特性の比較を示す図、第4図は
電解液の溶媒の混合比と電池の放電電圧の関係を示す図
、第6図及び第6図は二次電池の放電特性を正極、負極
の電位変化で示した図である。 1・・・・・・正極、2・・・・・・負極、3・・・・
・・セパレータ。 4・・・・・・電解液。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名f−
・−王権 第1 rM      r−l礒 第2図 ff−j閲(hr) 第3図 吟瀾 (hr) 第4図 f)MEa5M’tト割 o(俸tty、)第5図 特 7m1(hr) 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1−イソプロピル−2、2−ジメチル−1、3−プロピ
    レンカーボネート単独またはこれを1成分とする混合溶
    媒と、前記溶媒に溶解した少なくとも1種の溶質からな
    る電解液を備えた有機電解液電池。
JP60005169A 1985-01-16 1985-01-16 有機電解液電池 Expired - Lifetime JPH063737B2 (ja)

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