JP2004165151A - 非水電解質二次電池およびそれに用いる電解質 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 充放電可能な正極と、リチウムを吸蔵・放出する負極と、前記正極と前記負極とを電子的に遮蔽する隔膜と、非水電解質からなり、前記非水電解質が、非水溶媒および溶質からなり、前記非水溶媒が、ラクトンからなり、前記溶質が、
式(1):(F-O2S-N-SO2-F)Li
で表されるリチウムビスフルオロスルフォニルイミドからなる非水電解質二次電池。
【選択図】なし
Description
また、高温での蒸気圧の上昇を防ぐために、低粘性で低沸点を有する鎖状カーボネートを、例えばプロピレンカーボネート(以下、PCという。)、γ−ブチロラクトン(以下、GBLという。)などの高沸点溶媒に変えることも検討されている。しかし、GBLとLiPF6は、高温時に反応して、電池の分極抵抗を上昇させるため、充放電特性が低下してしまう。
式(1):(F-O2S-N-SO2-F)Li
で表されるリチウムビスフルオロスルフォニルイミドからなる非水電解質二次電池に関する。
前記添加剤は、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネートおよびプロパンサルトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
前記別のリチウム塩は、LiPFm(CkF2k+1)6-m(0≦m≦6、1≦k≦2)、LiBFn(CjF2j+1)4-n(0≦n≦4、1≦j≦2)およびLiAsF6よりなる群から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。ただし、m、n、j、kは整数である。
本発明は、リチウム金属の電位に対して3.7V以上の電位で正極を充電する必要がある場合に、特に有効である。
前記ラクトンは、少なくともγ−ブチロラクトンを含むことが好ましい。
式(1):(F-O2S-N-SO2-F)Li
で表されるリチウムビスフルオロスルフォニルイミドからなる上述の非水電解質二次電池用電解質に関する。
式(1):(F-O2S-N-SO2-F)Li
で表されるリチウムビスフルオロスルフォニルイミド(以下、LiFSIという。)を用いる。LiFSIは、LiTFSIやLiPF6よりも高いイオン伝導度を示す。このように、非水溶媒として、融点が高く蒸気圧の低いラクトンを用い、LiPF6の代わりにLiFSIを用いることにより、高温暴露時のガス発生や保存時のガス発生が抑えられ、電池の膨れが抑制されるとともに、従来の電池と同等の特性を有する非水電解質二次電池を得ることが可能となる。
また、非水電解質に含まれる溶質濃度は、0.5〜1.5mol/Lであることが好ましいが、特に限定はない。
以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
活物質のコバルト酸リチウム(LiCoO2)100重量部に、導電剤としてアセチレンブラックを3重量部、結着剤としてポリフッ化ビリニデン(以下、PVdFという。)を4重量部、適量のN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPという。)加えて混合し、ペースト状正極合剤を得た。なお、PVdFは、予めNMPに溶解してから他の成分と混合した。このペースト状正極合剤をチタン箔からなる集電体の両面に塗着した後、乾燥し、全体を圧延して、正極を得た。
活物質の難黒鉛化性炭素(呉羽化学工業(株)製のカーボトロンP)100重量部に、結着剤としてスチレンブタジエンゴムの水性ディスパージョンを樹脂分で3重量部加えて混合し、ペースト状負極合剤を得た。このペースト状負極合剤を、銅箔からなる集電体の両面に塗着した後、乾燥し、全体を圧延して、負極を得た。
非水溶媒には、GBLを単独で用いた。溶質には、LiFSIを単独で用いた。ここでは、GBLに、LiFSIを1mol/Lの濃度で溶解させて非水電解質を調製した。
図1に示すような角型リチウムイオン二次電池を組み立てた。
まず、正極と負極とを、厚さ25μmのポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して長円形に捲回し、極板群1を構成した。そして、電極群内の水分を低減するために、電極群を真空乾燥機内で60℃で12時間乾燥させて、電極群内の水分量を50ppm以下とした。
こうして得られた電池の寸法は、幅30mm、総高48mm、奥行き5.3mmとした。また、電池の設計容量は800mAhとした。
《比較例1》
《比較例2》
《比較例3》
《比較例4》
《比較例5》
20℃の環境下において、放電電流0.8A、終止電圧3.0Vで、電池の放電を行った後、最大電流0.56A、設定電圧4.2Vで、定電流定電圧充電を2時間行った。この時の充電容量を電池の規定容量とした。
規定容量に充電した各電池を、0℃または20℃の環境下において、放電電流0.8A、終止電圧3.0Vで放電し、放電容量を測定した。そして、最大電流0.56A、設定電圧4.2Vで、定電流定電圧充電を2時間行い、その後、周囲温度85℃で、3日間保存した。保存後の電池を、0℃または20℃の環境下において、放電電流0.8A、終止電圧3.0Vで放電した。
なお、実施例1および実施例2は、正極集電体としてチタン箔の代わりにステンレス鋼などからなる集電体を用いることもできる。また、コイン型電池などでも好ましい特性が期待できる。
2 正極リード
3 負極リード
4 電池ケース
5 封口板
6 負極端子
7 封栓
Claims (14)
- 充放電可能な正極と、リチウムを吸蔵・放出する負極と、前記正極と前記負極とを電子的に遮蔽する隔膜と、非水電解質からなり、
前記非水電解質が、非水溶媒および溶質からなり、
前記非水溶媒が、ラクトンからなり、
前記溶質が、式(1):(F-O2S-N-SO2-F)Li
で表されるリチウムビスフルオロスルフォニルイミドからなる非水電解質二次電池。 - 前記非水電解質が、さらに、正極および/または負極上で被膜を形成する添加剤を含む請求項1記載の非水電解質二次電池。
- 前記添加剤が、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネートおよびプロパンサルトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項2記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極が、アルミニウムからなる集電体を含み、前記溶質が、さらに、フッ素を含有する別のリチウム塩を含む請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記別のリチウム塩が、
LiPFm(CkF2k+1)6-m(0≦m≦6、1≦k≦2)、
LiBFn(CjF2j+1)4-n(0≦n≦4、1≦j≦2)および
LiAsF6よりなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項4記載の非水電解質二次電池。 - 前記非水溶媒が、さらに、エチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを含む請求項1記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極が、リチウム金属の電位に対して3.7V以上の電位で充電が必要な正極である請求項1記載の非水電解質二次電池。
- 前記ラクトンが、γ−ブチロラクトンからなる請求項1記載の非水電解質二次電池。
- 非水溶媒および溶質からなり、
前記非水溶媒が、ラクトンからなり、
前記ラクトンが、γ−ブチロラクトンからなり、
前記溶質が、式(1):(F-O2S-N-SO2-F)Li
で表されるリチウムビスフルオロスルフォニルイミドからなる非水電解質二次電池用電解質。 - さらに、正極および/または負極上で被膜を形成する添加剤を含む請求項9記載の非水電解質二次電池用電解質。
- 前記添加剤が、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネートおよびプロパンサルトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項10記載の非水電解質二次電池用電解質。
- 前記溶質が、さらに、フッ素を含有する別のリチウム塩を含む請求項9記載の非水電解質二次電池用電解質。
- 前記別のリチウム塩が、
LiPFm(CkF2k+1)6-m(0≦m≦6、1≦k≦2)、
LiBFn(CjF2j+1)4-n(0≦n≦4、1≦j≦2)および
LiAsF6よりなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項12記載の非水電解質。 - 前記非水溶媒が、さらに、エチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを含む請求項9記載の非水電解質二次電池用電解質。
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