TW200805735A - Lithium secondary cell using ionic liquid - Google Patents
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Description
200805735 1 九、發明說明: - 【發明戶斤屬之技術領域】 技術領域 本發明係有關於一種使用離子性液體之鐘二次電池, _ 5 詳而言之,係有關於使用不燃性非水電解液之高電壓鍾二 次電池。 背景技術 鋰二次電池既小型又輕量,且具高電壓並含有高能量 10 密度,可使用於行動電話、筆記型個人電腦、數位相機等 資訊、通訊機器之終端機等的電源,並且需求正急迷擴大 中。另外,由環境或資源問題方面來看,作為電力汽車之 電源使用亦受到注目。 過去,鋰二次電池之非水電解液所使用之非水溶劑係 15 使用容易溶解鋰鹽,且不易電性分解之極性非質子性有機 溶劑,舉例而言,可使用如碳酸伸乙酯、碳酸伸丙醋等石炭 酸鹽類;二甲基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、二乙基碳酸酉旨 等碳酸酯類、γ-丁内S旨、3-甲基-γ-戊内酬|等内g旨類;甲酸甲 酉旨、乙酸甲酯、丙酸甲S旨等醋類;及1,2-二甲氧乙烧、四氯 20 吱喃、二氧五環烧等醚類等。另外,供溶解之鐘鹽,可舉 例如:LiPF6、LiBF4、LiN(CF3S02)2、UCI04、LiCF3S03 等。 前述溶劑中,雖然多半使用二曱基碳酸酯或1,2-二甲氧 乙烷等,但由於前述溶劑之閃火點極低,容易因過度充電 5 200805735 或短路時的發熱造朗火或料等,在電池安全性 有很嚴重的問題。尤其,近年來研發大容量、高輪出之鐘 二次電池已成當務之急’且解決安全性問題亦越來越重要 因此’已開發出許多在非水電解液内使用難燃性化人 物的方法。舉例而言,雖然已揭示有使__旨。 及特定之雜8旨化合物的方法(專利文獻卜2),或者於非: 子性溶咖含有狀氟化陽離子之轉f(專利文貝 但仍顯不足。 )夸
又,在制離子性液體取代非水溶劑之鐘二次電也 10中,由於所用之離子性液體的電位範圍狹窄且溶解離子性 化合物後的黏度較高,因此使用該等液體之鐘二次電池 循環特性會有問題、或者在高電流密度的狀態下,放電(高 倍率放電)時幾乎無法得耻電容量#,所以作為二次電池 之性能不足。尤其是還原側會產生電化學性不可逆反應, 15所以相較於過去之電解液,只能實現低電壓之鐘二次電池。 雖然將離子性液體作為非水電解液使用,例如使用含 有作為陰離子成分之雙(I伽)醯亞胺陰料之離子性液 體作為溶劑(專利文獻句是已知的,但是由於該文獻所揭示 之鐘二次電池巾,正極使用的是4¥級活性材料⑽❶⑹, 20而負極使用的是Li4Tis〇12,所以具有可使用之電壓區域為 2.8〜2.0V、及能量密度狹窄之缺點,且並未揭示可得到4v 級電壓區域的方法。 【專利文獻1】特開2000-195 544號公報 【專利文獻2】特開2001-126726號公報 200805735 【專利文獻3】特開2005-276517號公報 【專利文獻4】相專利第6,365,3〇1號說明書 【發明内容】 發明揭示 5 本發明欲解決之問題 有鐘於前述問題,本發明之目的在於提供即使在高倍 率之充放电%亦具有高性能,能量密度高且為高電壓,而 且將不燃性之離子性液體用於非水電解液之溶劑時之安全 性優異的鋰二次電池。 10 欲解決問題之方法 馬解決雨述問題,本發明人努力研究的結果,發現在 將含有作為陰離子成分之雙(氟稍雇亞胺陰離子之離子 =液體用於在輯子傳導性之非水電解液中溶解支援電解 15 20 貝,即,鐘鹽之溶劑時,可得到高電壓且高能 成本發明。 山反運 7是說,㈣專·圍第1項之發明為使用離子性液 體之鐘二次電池,係由正極、負極、設置於前述正極盥負 分隔齡、及含有㈣之非水電解液所構成的鐘二 二池,其中前述非水電解液係期含有作騎離子成分 又(乱績酸)醯亞胺陰離子之離子崎體作為_,且+全 =鶴3,6V以上’又’在1小時率之放電率二 私千均電壓為2.9V以上。 申請專利範圍第2項係使用申請專利範圍”項之離子 性液體的Μ二次電池,其帽述離子性液體含有作為陽離 7 200805735 0 子成分之含氮原子陽離子。 申請專利範圍第3項係使用巾請專利範圍第2項之 性液體的鐘二次電池’其中前述含氮原子陽離子係貌基 銨、咪唑、吼咯烷鹽、及吸啶。 5巾請專利範圍第4項係使用申請專利範圍第1至3項任 -項之離子性液體的鐘二次電池,其中前述非水電解液内 含有之鹵離子在l〇ppm以下。 發明效果 φ ㈣使財發s勝子性液體之iin也,可提供安 10全性優異,在高倍率之充放電時亦具有高度性能,且得 到高容量之4V級高電壓之鋰二次電池。 I:實施方式;j 本發明之較佳實施型態 以下,說明本發明之實施型態。 15 本發明之鋰二次電池的構造包含正極、負極、設置於 Φ 該正極與負極之間並隔離兩者之分隔構件、及在用以傳導 鐘離子之溶劑内溶解有作為支援電解質之鐘鹽的非水電解 液0 並未特別限定本發明所使用之正極活性材料,只要可 20吸附、脫附鋰離子即可。正極活性材料,舉例而言,可使 用如:CuO、Cu20、Mn02、Mo〇3、v205、Cr〇3、Mo〇3、
Fe203、Ni203、(:〇〇3等金屬氧化物;LixCo02、LixNi02、
LixMn2〇4等鐘與過渡金屬之複合氧化物;TiS2、M〇S2、NbSe3 等金屬硫化物;並苯(P〇lyacene)、聚對苯、聚吡咯、聚苯 8 200805735 胺等導電性高分子化合物等。 特別地,在本發明中,從經離子排出性、及容易得到 高電壓的觀點來看,使用1種以上選自於普遍被稱為高電壓 系之鉛、鎳、链等過渡金屬與鋰之複合氧化物為佳,而前 5述鈷、鎳、錳與鋰之複合氧化物的具體例,可舉例如:
LiCo02、LiMn02、LiMn2〇4、LiNi02、LiNixCo(l-x)〇2、 LiMnaNibCoc(a+b+c=l)等。 又,亦可在前述鋰複合氧化物中摻雜少量的氟、硼、 鋁、鉻、錘、鉬、及鐵等元素。 〇 另外,亦可使用已用碳、Mg〇、Aha、Si〇2等對鋰複 合氧化物之粒子表面進行表面處理者。 本發明之正極活性材料,除了前述鐘與過渡金屬氧化 物之外,宜使用以LixFeP〇4(〇< χ$ ! 2,通常為j)所示之鐘 鐵磷酸鹽。 15 20 、鐘鐵魏鹽係在3]〜3.5WLi附近具有平坦之鐘吸附、 脫附电位且g為所有的氧透過共價鍵與縣合並形成聚 陰離子戶斤以不會發生正極内的氧隨著溫度上升而排出而 造成電解液職的情形。,高溫充妹態下的安全性 優於LiCo02等。又,甘θ > /、具有化學、及機械穩定性亦極為優 j性質’且長期保存性能亦良好。 可併用2種以上前述正極活性材料。 紐^負極’績#料中’使用可供轉子吸附、脫附之活 然亦可同樣使用前述用於正極之金屬化合物或 導電性μ子化合物作為前述活性材料,但是本發明j 9 200805735 、 # 用金屬鋰、LlA1等鋰系合金;非晶碳、介穩相球狀碳 (MCMB)、石墨、天然石墨等碳素材料;前述碳素材料之表 ’氧化锡;及Si〇2fSi系負極等,又,前述碳素材 料可舉例如活性石炭、碳纖維、及礙黑等。其中,以金屬链、 鐘系σ金、兔素材料、Si系負極特別適合。亦可併用2種以 上前述活性材料。 透過選擇前述負極活性材料中較接近金屬鋰之氧化還 _ 原電位的材料,可實現本發明之高電位、及高能量密度。 因此,該物質與前述正極之配合相當重要。 1〇 在前述正極及負極中可使用導電劑。導電劑只要不會 對電池性能造成不良影響之電子傳導性材料即可。雖然一 般多使用乙炔或高效導電碳黑(ketjen此⑻等破黑,但亦可 使用天然石墨(鱗狀石墨、鱗片狀石墨、土狀石墨等)、人造 石墨、礙晶鬚、礙纖維或金屬(銅、鎳、叙、銀、金等)粉、 U金屬纖維、導電性陶:是材料等導電性材料,更可含有2種以 10 200805735 用 ¥笔體除了使用銅、不鏽鋼、鎳、銘、鈦、石炭精電極、 導電性高分子、導電性玻璃、㈣d合金等之外,^使用 表面業已經過碳、鎳、鈦或銀等處理之鋁或銅。 亦可對前述集電體材料之表面進行氧化處理。除了箱 狀之外’極電體材料亦可使用膜狀、片狀、網狀、經擠壓 或延展之材料、㈣、多孔體、發泡料之絲體。並未 特別限制厚度,可使用丨〜忉叫㈤之厚度。 用以將前述活性材料黏結於正極或負極之黏結劑,旦 10 15 ^ ^ ^ ^ a ^ ^(PVDF).PVDF^ ^ a ^ ^(HFP) 或全氤曱基乙烯醚(PFMV)及四氟乙烯(TFE)之共聚體等 PVDF共聚體樹脂;聚四氟乙烯(pTFE)、氟素橡膠等氟系樹 脂;或丁苯橡膠(SBR)、乙烯-丙烯橡膠⑽讓)、苯乙稀_ 丙烯腈共聚物等聚合體,雖然可併⑽甲基纖維素 等多醣體、及聚醯亞胺樹脂等熱可塑性樹脂,但並未特別 限定。又,亦可混合2種以上前述物質後使用。相對於活性 材料,前述黏結劑添加量以卜邛重量%為佳,又以八別重 量%更好。 又’用多孔性膜作為分隔構件,一般多使用微孔性聚 合物膜或不織布,又以由聚烯烴所構成之多孔性膜特別合 20適。具體而言,可舉例如··由聚乙烯、及聚丙婦所製之膜 狀微孔膜;多孔性聚乙烯膜與聚丙烯之多層膜,·由聚醋纖 維、醯胺纖維、及玻璃纖維等所構成之不織布;及在前述 物質表面附著有二氧化矽、氧化鋁、鈦白等陶瓷微粒子者。 在本發明之鋰二次電池中,使用由不燃性離子性液體 11 200805735 與裡鹽所構成之非水電解液作為鋰離子導電性之電解質。 非水電解液之溶劑,可使用含有以下述(1)式所示之雙 (氟磺酸)醯亞胺陰離子(FSI陰離子)作為陰離子成分之離子 性液體。 5 【化1】 Γ
& (1) 並未特別限定調製前述FSI陰離子的方法,可用使氟碌 酉文與尿酸反應等廣為周知之方法。為了使透過前述方法得 到之FSI化合物為低於一般純度,且雜質在lOppm以下之離 10子性液體,可用水、有機溶劑等適度地精製後再使用。另 外’可用電漿發光分析裝置(ICP)分析並確認雜質。 X ’離子性液體所包含之陰離子成分除了前述FSI陰離 子之外’更可含有例如:BF4-、PF6-、SbF6-、N03-、CF3S03-、 (cf3so2)2n·(稱為 tfsi)、(c2f5so2)2N·、(CF3S02)3C-、 15 CF3C〇2·、C3F7C02-、CH3C02_、(CN)2N_等陰離子。亦可含 有2種以上前述陰離子。 在本發明之鋰二次電池所含之離子性液體中,並未特 別限制可與前述FSI陰離子配合之陽離子構造,但是最好與 形成融點在5(Tc以下之離子性液體的陽離子配合。融點超 20過50°c時’非水電解液之黏度會上升,導致鋰二次電池之 循環4寸性出現問題,且放電容量降低,所以並不理想。 12 200805735 C、 6環 前述陽離子,可舉例如構造中含有N、P、S、Q Si之任一者或2種以上元素,且骨架内具有鏈狀或5學 等環狀構造之化合物。 5環、6環等環狀構造,可舉例如:呋喃、嘍哈 77 各、 5
10 吡啶、嘮唑、異噚唑、噻唑、異噻唑、呋咕、咪_ 王、里、 吡畊、嘧啶、嗒畊、吡咯啶、哌啶等雜單環化合物·笨、, 呋喃、異苯并呋喃、吲哚、異吲哚、吲嗉、咔唑等縮入 單環化合物。 ” 在前述陽離子中,特別地,由於含有氮元素之鏈狀或 環狀化合物在工業方面較低價,且化學、電性化學方面彷 穩定,所以極為適合。
含有氮元素之陽離子’舉例而言,較佳地,可使用二 乙銨等烧基銨;乙基甲味唾、丁基甲U米嗤等味唾;甲基-I 丙基吡咯烷鹽等吡咯烷鹽(Pyrr〇lidinium)、甲基丙基哌啶等 15 ϋ底唆(piperidinium)等。 在本發明中,並未特別限定作為非水電解液之支援電 解質並被前述離子性液體溶解之鐘鹽,一般說來,只要可 作為非水電解液用電解質使用之鋰鹽即可。 前述鋰鹽,可舉例如:LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、 20 LiQ、LiBir、LiCF3S03、Lil、LiAlC104、LiC(CF3S02)3、 LiN(C2F5S02)2、LiBC408、LiFSI、LiTFSI等。而且,可混 合2種以上前述鐘鹽後使用。 其中,以LiFSI、LiTFSL為佳。 離子性液體中,一般而言,前述鋰鹽之濃度以〇·1〜2·0 13 200805735 • 莫耳/公升為佳,又以0.3〜1.0莫耳/公升更好。 ▲另外’本發明鍾二次電池所使用之非水電解液内所含 之㈣子最好在1GPP喊下。另外,_可舉例如驗金 f離子、驗土類金屬離子等其他雜f,不過該等雜質之總 5里最好在10ppm以下。若含有過多前述雜質,則會對鋰二次 電池造成不良影響,縮短二次電池的壽命。 本發明之鋰二次電池可形成為圓筒型、硬幣型、四方 ^ 生及其他任思形狀,且電池的基本構造不會隨形狀而改 變,可依需要變更設計。 10 本發明之鋰二次電池,舉例而言,係在圓筒型内將於 負極集電體塗布負極活性材料後形成之負極、及於正極集 電體塗布正極活性材料後形成之正極利用分隔構件纏繞為 纏繞體後容納於電池罐,再倒入非水電解液,並於上下方 載置絕緣板後密封製成。 15 又,在使用硬幣型鋰二次電池時,係將圓盤狀負極、 Φ 分隔構件、圓盤狀正極、及不鏽鋼板在積層之狀態下容納 於硬幣型電池罐内,再注入非水電解液後密封。 【實施例】 以下,雖然利用實施例及比較例詳細地說明本發明, 20不過本發明並不僅限於前述例子。 製作各實施例、比較例之鋰二次電池。調製正極、負 極,以及製作電池的方法如下所述。所使用之材料如下: [使用材料] •導電劑、乙炔黑:電気化学工業(株)、denkablack 14 200805735
•導電劑、高效導電碳黑:KETJEN-BLACK INTERNATIOMAL(株)、KETJEN BLACK EC300J •負極活性材料、MCMB :大阪GAS CHEMICAL(株)、 MCMB 25-28 5 •黏結劑、PVDF :(株)夕b/、、KF黏結劑
•黏結劑、SBR :日本仓才^(株)、BM-400M •黏結劑,CMC/3H :第一工業製薬(株)、羧甲基纖維 素·3Η •黏結劑,CMC/4H :第一工業製薬(株)、羧甲基纖維 10 素-4Η
•黏結劑,CMC/WSC :第一工業製薬(株)、羧甲基纖 維素WS-C <實施例1> [製作正極] 15 用周轉式攪拌器混合1 〇〇g正極活性材料之LiMn204與 5g作為導電劑之乙炔黑、6g作為黏結劑之PVDF、及97.5g 作為为散介質之N-甲基_2-吡咯烷酮(NMp),調製成固體成 刀(NMP除外之成分)53·2%之正極塗料。用塗布機將該塗料 塗布於厚度2υμιη之補上,以丨航乾燥後進行織壓處 ‘成正極活性材料重量16mg/cm2之電極。 [製作負極] 用周轉式攪拌器混合l00g負極活性材料iMCMB與 〇g作為^包劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之、及⑺ 作為刀政”貝<ΝΜρ,調製成固體成分(NMp除外之成 15 200805735 分=〇%之負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度⑺哗之 銘猪上,以l3(rc乾燥後進行輥擠壓處理,製成負極活性材 料重量7mg/cm2之電極。 [製作鐘二次電池] 5 使用所製成之正極、負極與聚丙燒製分隔構件,製作 正極面積4em、負極面積4.41cm2之鋰二次電池。倒入作為 電解液之已在乙基甲咪哇㈣溶劑中溶解〇·8莫耳鐘鹽 LiFSI之溶液後,密封倒入口並製成電池。 〈實施例2> 1〇 [製作正極] 用周轉式攪拌器混合l00g正極活性材料之 Ι^Μηι·1/3〇)1/3與7g作為導電劑之乙炔黑、4g作為黏結劑 之PVDF、及95g作為分散介質之NMp,調製成固體成分 (NMP除夕卜之成分)53.9%之正極塗料。用塗布機將該塗料塗 15布於厚度2(Him之料上,則賊乾職進行輥擠壓處 理’製成正極活性材料重量16nig/Cm2之電極。 [製作負極] 用周轉式攪拌器混合負極活性材料之1〇(^]^(:]^]3與4 作為$電劑之乙炔黑、4g作為黏結劑之pvdf、及9〇g作為 20分散介質之NMP,調製成固體成分(NMP除外之成分)54% 之負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度1〇μηι之鋁箔 上,以130C乾燥後進行輥擠壓處理,製成負極活性材料重 量7.5mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 16 200805735 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在丁基甲 蛛唾/FSI溶劑内溶解〇.6莫耳之鐘鹽之溶液製作電二。 〈實施例3> [製作正極] 5 用周轉式攪拌11混合1,正極活性材料之LiMn1/3Ni 1/2 與3g作為導電劑之高效導電碳黑、3g作為黏結劑之pvDF、 及90g作為分散介質2NMP,調製成固體成除外之 成分)54.1%之正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度 20μιη之鋁箔上,以13〇1乾燥後進行輥擠壓處理,製成正 10極活性材料重量15mg/cm2之電極。 [製作負極] 用周轉式攪拌器混合負極活性材料之1〇〇§]^〇^]5與4 作為導電劑之乙炔黑、2g作為黏結劑之SBR與。作為增稠 劑之CMC/4H之混合物、及89g作為分散介質之水,調製成 15固體成分53·6%之負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度 ΙΟμιη之鋁箔上,以8〇t乾燥後進行輥擠壓處理,製成負極 活性材料重量6mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在卜甲基 20小丙基P比咯烷鹽/FSI溶劑中溶解0·5莫耳鋰鹽LiFSI之溶液 製作電池。 <實施例4> [製作正極] 用周轉式攪拌器混合100g正極活性材料之LiFeP〇4(相 17 200805735 對於LiFeP〇4重量被覆有5%碳者)與3§作為導電劑之乙炔 黑、5g作為黏結劑之pvDF、及12〇§作為分散介質之丽p, 調製成固體成分(NMP除外之成分)47.4%之正極塗料。用塗 布機將該塗料塗布於厚度20μπι之鋁箔上,以13(TC乾燥後 5進行輥擠壓處理,製成正極活性材料重量12mg/cm2之電極。 [製作負極] 用周轉式攪拌器混合l〇〇g負極活性材料之天然石墨與 2g作為導電劑之乙炔黑、2g作為黏結劑之SBR與2g作為增 稠劑之CMC/3H之混合物、及88g作為分散介質之水,調製 10成固體成分53·6%之負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚 度ΙΟμπι之鋁箔上,以8〇〇c乾燥後進行輥擠壓處理,製成負 極活性材料重量5mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在乙基甲 15咪唑/FSI溶劑中溶解0.6莫耳鋰鹽LiTFSI之溶液製作電池。 〈實施例5> [製作正極] 用周轉式攪拌器混合l〇〇g正極活性材料之LiFeP04(相 對於LiFeP〇4重量被覆有3%碳者)與8g作為導電劑之乙炔 20黑、3S作為黏結劑之SBR與2g作為增稠劑之CMC/3H之混合 物、及114.5g作為分散介質之水,調製成固體成分49 2%之 正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度2〇μπι之鋁箔上, 以130°C乾燥後進行輥擠壓處理,製成正極活性材料重量 10mg/cm2之電極。 18 200805735 [製作鋰二次電池] 使用所製成之正極與作為負極之厚度200μπι之金屬鋰 箔,以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在甲基丙 基1^^/FSI : 丁基甲味峻/FSI(=5 : 5vol)溶劑内溶解〇·8莫耳 5 鋰鹽LiFSI之溶液製作電池。 〈實施例6> [製作正極] 用周轉式攪拌器混合100g正極活性材料之LiCo02與5g 作為導電劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之PVDF、及93g作為 10分散介質之NMP,調製成固體成分(NMP除外之成分)54.2% 之正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度2〇μπι之鋁箱 上,以130°C乾燥後進行輥擠壓處理,製成正極活性材料重 量16mg/cm2之電極。 [製作負極] 15 用周轉式攪拌器混合100g負極活性材料之天然石墨表 面被覆物與lg作為導電劑之乙炔黑、6g作為黏結劑之SBR 與4g作為增稠劑之CMC/3H之混合物、及9〇.8g作為分散介 質之水’調製成固體成分55%之負極塗料。用塗布機將节 塗料塗布於厚度ΙΟμιη之鋁箔上,以13〇°C乾燥後進行輕擠 20 壓處理,製成負極活性材料重量9mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在乙基甲 口米峻/FSI ·四乙錢/FSI(=9.5 : 0·5νο1)溶劑中溶解ο·?莫耳鍾 鹽LiTFSI之溶液製作電池。 19 200805735 <實施例7> [製作正極] 用周轉式攪拌器混合1 〇〇g正極活性材料之LiNi02與5g 作為導電劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之PVDF、及85g作為 5 分散介質之NMP,調製成固體成分(NMP除外之成分)56 4% 之正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度2〇μπι之铭箱 上’以13〇°C乾燥後進行輥擠壓處理,製成正極活性材料重 量16mg/cm2之電極。 [製作負極] 10 用周轉式攪拌器混合l〇〇g負極活性材料之MCMB與3g 作為導電劑之乙炔黑、7g作為黏結劑之SBR與2g作為增稠 劑之CMC/WSC之混合物、及54_6g作為分散介質之水,調 製成固體成分54.6%之負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於 厚度ΙΟμπι之鋁箔上,以130°C乾燥後進行輥擠壓處理,製 15 成負極活性材料重量12mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在乙基甲 咪唑/FSI溶劑中溶解0.6莫耳鋰鹽LiFSI之溶液製作電池。 〈實施例8> -20 [製作正極] . 用周轉式攪拌器混合1 〇〇g正極活性材料之LiCo02與5g 作為導電劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之PVDF、及90g作為 分散介質之NMP,調製成固體成分(NMP除外之成分)55% 之正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度2〇μπι之鋁箱 20 200805735 上,以130T:乾燥後進行輥擠壓處理,製成正極活性材料重 量15mg/cm2之電極。 [製作負極] 用周轉式授拌器混合1⑻S負極活性材料之MCMB與3g 5作為$龟4之乙炔黑、作為黏結劑之PVDF、及87.5g作 為分散介質之NMP,調製·體成分(NMp成分除外)55% 之負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度1〇叫之銘落 上’ W3G°C乾燥後請輥誠處理,製成貞極活性材料重 量8mg/cm2之電極。 10 [製作鋰二次電池] 以貝轭例1之方法為準,使用作為電解液之已在乙基甲 味哇/FSI溶射溶解〇·5莫耳鐘鹽⑽幻之溶液製作電池。 <比較例1> [製作正極] 15 肖周轉式攪拌器混合刚g正極活性材料之LiCo02與5g _ 作為導電劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之pVDF、及8〇g作為 刀政"貝之NMP,調製成固體成分(NMp除外之成分)57.9% 之正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度20μιη之銘落 上H3GC:賴後進行輥誠處理,製成正極活性材料重 -20 量15mg/cm2之電極。 * [製作負極] 、用周轉式授拌裔混合1〇〇g負極活性材料之mcmb與& 作為$電劑之乙块黑、%作為黏結劑之pvDF、及%作為 刀放"貝之NMP ’调製成固體成分(NMp成分除外)53·7%之 21 200805735 負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度10μπι之鋁箔上, 以130°C乾燥後進行輥擠壓處理,製成負極活性材料重量 8mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在丨_曱基 小丙基u比嘻院鹽/TFSI溶劑中溶解0.5莫耳链鹽LiTFSI之溶 液製作電池。 <比較例2> [製作正極] 10 用周轉式攪拌器混合100g正極活性材料之LiCo〇2與5g 作為導電劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之pVDF、及9〇g作為 分散介質之NMP ’調製成固體成分(nmp除外之成分)55% 之正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度20μιη之鋁箔 上,以130C乾燥後進行輥擠壓處理,製成正極活性材料重 15 量15mg/cm2之電極。 [製作負極] 用周轉式攪拌器混合l〇〇g負極活性材料之Li4Ti5〇i2與 化作為導電劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之PVDF、及!00g作 為刀政η貝之NMP ’調製成固體成分(NMP成分除外)52.4% 2〇之負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度ΙΟμπχ之鋁箔 上,以130C乾燥後進行報擠壓處理,製成負極活性材料重 量8mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在乙基甲 22 200805735 米坐/FSI溶劑中溶解〇·5莫耳鐘鹽]^1?§1之溶液製作電池。 <比較例3> [製作正極] 用周轉式攪拌器混合100g正極活性材料之LiC〇〇2與5g 5作為導電劑之乙炔黑、5g作為黏結劑之PVDF、及80g作為 分散介質之NMP,調製成固體成分(NMP除外之成分)57.9% 之正極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度20μπι之鋁落 上’以130°C乾燥後進行輥擠壓處理,可製成正極活性材料 重量15mg/cm2之電極。 1〇 [製作負極] 用周轉式攪拌器混合100g負極活性材料之MCMB與2g 作為導電劑之乙炔黑、4g作為黏結劑之PVDF、及95g作為 分散介質之NMP,調製成固體成分(NMP成分除外)52.7%之 負極塗料。用塗布機將該塗料塗布於厚度1〇μπι之鋁箔上, 15以13〇°C乾燥後進行輥擠壓處理,製成負極活性材料重量 8mg/cm2之電極。 [製作鋰二次電池] 以實施例1之方法為準,使用作為電解液之已在1-甲基 -1-丙基吡咯烷鹽/TFSI溶劑中溶解〇·5莫耳鋰鹽LiTFSI之溶 ,20 液製作電池。 表1係顯示實施例及比較例所使用之電解液之Na離子 及C1離子濃度。 23 200805735 【表1】
Na離子濃度/ppm Cl離子濃度/ppm 實施例1 5 1 實施例2 2 2 實施例3 3 2 實施例4 2 1 實施例5 2 3 實施例6 5 1 實施例7 2 1 實施例8 2 1 比較例1 2 5 比較例2 2 4 比較例3 2 50 對於所製成之鋰二次電池進行20°C之性能試驗。評價 方法如下,並將結果顯示於表2。 [性能試驗] 5 使用充放電試驗裝置,在充電0.5小時率、放電1小時 率的條件下,確認電池性能及放電平均電壓。此外,在充 電及放電1小時的條件下進行200循環之循環特性試驗,並 確認相對於初次循環試驗之放電容量,容量降低至80%時 ® 的循環數。表2所顯示之循環試驗結果,係以初次之每正極 10 活性材料的放電容量為基準。 24 200805735
如表i、表2所不’可得知本發明之鐘二次電池係正極 高電壓’且電池性能、放電容量、 循環特性皆優#。減於此,亦可知道在電解液巾使用丽 10 之比較例1的循環特性極為不良,而在負極活性材料中使用 邮5〇12之比較例2的充電電壓、放電平均電壓很低且無法 獲得高電壓,此外,在電解液之溶劑中使用卜甲基+^ t各烧鹽/娜之比較例3中’電解液中⑽離子濃ς 高之50Ppm ’且雜質會導致無法得到循環特性。· 產業上之可利用性 使用本發明離子性液體之鐘二次電池可任意形 筒型、硬幣型、四方型、或其他任意形狀,且可使用於行 動電話、數位相機、相機-體型VTR、助播放器等行動^ 機器終端;或膝上塑電腦轉喊電子機㈣絲,此/, b亦可期待開發出用於電力汽車等運輸機器搭載電源 貝丁藏用等各種領域的用途。 25 200805735 【圖式簡單說明3 無 【主要元件符號說明】 無
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Claims (1)
- 200805735 十、申請專利範圍: 1. 一種使用離子性液體之鋰二次電池,係由正極、負極、 設置於前述正極與負極間之分隔構件、及含有鋰鹽之非 水電解液所構成的鋰二次電池,其中前述非水電解液係 5 使用含有作為陰離子成分之雙(氟磺酸)醯亞胺陰離子之 離子性液體作為溶劑,且完全充電時之電壓為3.6V以 上,又,在1小時率之放電率下的放電平均電壓為2.9V g 以上。 2. 如申請專利範圍第1項之使用離子性液體之鋰二次電 10 池,其中前述離子性液體含有作為陽離子成分之含氮原 子陽離子。 3. 如申請專利範圍第2項之使用離子性液體之鋰二次電 池,其中前述含氮原子陽離子係烷基銨、咪唑、吡咯烷 鹽、及旅啶。 15, 4.如申請專利範圍第1至3項中任一項之使用離子性液體 φ 之鋰二次電池,其中前述非水電解液内含有之鹵離子在 lOppm以下。 27 200805735 ( ^ 七、指定代表圖: • (一)本案指定代表圖為:第(無)圖。 (二)本代表圖之元件符號簡單說明: . 無 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式:
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