JP2697365B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JP2697365B2 JP2697365B2 JP3127322A JP12732291A JP2697365B2 JP 2697365 B2 JP2697365 B2 JP 2697365B2 JP 3127322 A JP3127322 A JP 3127322A JP 12732291 A JP12732291 A JP 12732291A JP 2697365 B2 JP2697365 B2 JP 2697365B2
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- Japan
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- aqueous electrolyte
- battery
- secondary battery
- positive electrode
- anhydride
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/16—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
- H01M6/162—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte
- H01M6/168—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte by additives
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Electrochemistry (AREA)
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液二次電池に
関し、特に電解液を改良した非水電解液二次電池に関す
る。
関し、特に電解液を改良した非水電解液二次電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】リチウム，リチウム合金またはリチウム
化合物を負極とする非水電解質二次電池は高電圧で高エ
ネルギー密度となることが期待され、多くの研究が行わ
れている。
化合物を負極とする非水電解質二次電池は高電圧で高エ
ネルギー密度となることが期待され、多くの研究が行わ
れている。
【０００３】特に、これら電池の正極活物質としてＭｎ
Ｏ2やＴｉＳ2がよく検討されている。これらの正極活物
質はＬｉに対する電位が３Ｖ程度であるが、最近、Ｌｉ
Ｍｎ 2Ｏ4およびＬｉＣｏＯ2さらにはＬｉＮｉＯ2がＬｉ
に対して４Ｖ以上の電位を示す正極活物質として注目さ
れている。
Ｏ2やＴｉＳ2がよく検討されている。これらの正極活物
質はＬｉに対する電位が３Ｖ程度であるが、最近、Ｌｉ
Ｍｎ 2Ｏ4およびＬｉＣｏＯ2さらにはＬｉＮｉＯ2がＬｉ
に対して４Ｖ以上の電位を示す正極活物質として注目さ
れている。
【０００４】すなわち、電池の高エネルギー密度を得る
手段として容量の拡大とともに電池電圧を高める努力が
なされている。
手段として容量の拡大とともに電池電圧を高める努力が
なされている。
【０００５】このうち、ＬｉＣｏＯ2は、その放電容量
が大きく、優れた充放電サイクル特性を有する可能性が
あることから正極活物質として有望と考えられている。
が大きく、優れた充放電サイクル特性を有する可能性が
あることから正極活物質として有望と考えられている。
【０００６】さらに、二次電池として重要な必要特性の
１つである充放電サイクル特性を向上するため、ＬｉＣ
ｏＯ2へのＭｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅなどの添加も試みら
れ、充放電サイクル特性の一層の向上が図られている。
１つである充放電サイクル特性を向上するため、ＬｉＣ
ｏＯ2へのＭｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅなどの添加も試みら
れ、充放電サイクル特性の一層の向上が図られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の正極活物質を用
いることにより放電容量が大きく充放電サイクル特性に
優れた非水電解液二次電池を実現できるが、充電電圧が
４Ｖを越えるため、充電後の電池の高温保存特性が不充
分であるという問題があった。非水電解液二次電池の高
温保存については電池内部の微量水分や電解液溶媒の分
解が原因となり、電池内部抵抗の増大や充放電容量の低
下という問題を引き起こす。特に電池電圧が高くなるほ
どこれらの現象は顕著になり、また、高温保存時におい
てより著しいものとなる。
いることにより放電容量が大きく充放電サイクル特性に
優れた非水電解液二次電池を実現できるが、充電電圧が
４Ｖを越えるため、充電後の電池の高温保存特性が不充
分であるという問題があった。非水電解液二次電池の高
温保存については電池内部の微量水分や電解液溶媒の分
解が原因となり、電池内部抵抗の増大や充放電容量の低
下という問題を引き起こす。特に電池電圧が高くなるほ
どこれらの現象は顕著になり、また、高温保存時におい
てより著しいものとなる。
【０００８】電池内部へ持ち込まれる水分については、
電解液の蒸留処理を始めとする精製および正極活物質の
乾燥処理などにより電池内部への水分の持込みを抑える
努力がなされている。しかし、充放電を繰り返し行う必
要のある二次電池の場合、特に、充電電圧が４Ｖを越え
る場合にはこれら水分の除去などの前処理だけでは良好
な高温保存特性を得ることができない。
電解液の蒸留処理を始めとする精製および正極活物質の
乾燥処理などにより電池内部への水分の持込みを抑える
努力がなされている。しかし、充放電を繰り返し行う必
要のある二次電池の場合、特に、充電電圧が４Ｖを越え
る場合にはこれら水分の除去などの前処理だけでは良好
な高温保存特性を得ることができない。
【０００９】正極活物質と電解液溶媒との反応やこの反
応により生成した物質と負極活物質との反応が起こりや
すくなり、電池の性能低下が生じると考えられる。
応により生成した物質と負極活物質との反応が起こりや
すくなり、電池の性能低下が生じると考えられる。
【００１０】本発明はこのような課題を解決するもの
で、高温保存特性を向上した非水電解液二次電池を提供
することを目的とする。
で、高温保存特性を向上した非水電解液二次電池を提供
することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明の非水電解質二次電池は、充電放電に対し可逆性
を有する正極と負極と、リチウム塩を含有する非水電解
液を有し、前記非水電解液に無水安息香酸、無水フタル
酸、無水マレイン酸を添加したものを用いる。
本発明の非水電解質二次電池は、充電放電に対し可逆性
を有する正極と負極と、リチウム塩を含有する非水電解
液を有し、前記非水電解液に無水安息香酸、無水フタル
酸、無水マレイン酸を添加したものを用いる。
【００１２】また、正極中の活物質がＬｉＣｏＯ2，Ｌ
ｉＭｎ2Ｏ4，ＬｉＮｉＯ2から選ばれる少なくとも１つ
であることが望ましい。
ｉＭｎ2Ｏ4，ＬｉＮｉＯ2から選ばれる少なくとも１つ
であることが望ましい。
【００１３】
【００１４】無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレイ
ン酸の添加量は０．００２モル濃度から１．０モル濃度
であることが望ましい。
ン酸の添加量は０．００２モル濃度から１．０モル濃度
であることが望ましい。
【００１５】
【作用】この構成により、本発明の非水電解液二次電池
は、酸無水物はカルボン酸の無水酸であり、酸化アシル
に相当する。
は、酸無水物はカルボン酸の無水酸であり、酸化アシル
に相当する。
【００１６】低級のものは液体，高級のものは固体とな
るが、いずれも水あるいはアルカリと反応しやすく、酸
あるいはその塩となる。
るが、いずれも水あるいはアルカリと反応しやすく、酸
あるいはその塩となる。
【００１７】このため、非水電解液二次電池内部におけ
る酸無水物の働きは明確ではないが、その作用として
は、酸無水物の水あるいはアルカリとの高い反応性を挙
げることができる。
る酸無水物の働きは明確ではないが、その作用として
は、酸無水物の水あるいはアルカリとの高い反応性を挙
げることができる。
【００１８】たとえば、無水安息香酸は水あるいはアル
カリを作用させれば安息香酸またはその塩となる。した
がって、有機電解液中に微量に存在する水分に対しての
作用も強いことが推定され、その結果、有機電解液中の
水分を提言させていることが考えられる。
カリを作用させれば安息香酸またはその塩となる。した
がって、有機電解液中に微量に存在する水分に対しての
作用も強いことが推定され、その結果、有機電解液中の
水分を提言させていることが考えられる。
【００１９】また、アルカリとの反応性の観点からは本
発明における正極活物質に混在する可能性のあるＬｉＯ
Ｈなどのアルカリへの作用を考えることができる。
発明における正極活物質に混在する可能性のあるＬｉＯ
Ｈなどのアルカリへの作用を考えることができる。
【００２０】この結果、正極中に酸無水物を含有させる
ことにより、電池内部の水あるいは残留アルカリを減少
させることが可能で、水あるいは残留アルカリが原因と
考えられる高温保存による電池性能の低下を軽減できる
ものと思われる。
ことにより、電池内部の水あるいは残留アルカリを減少
させることが可能で、水あるいは残留アルカリが原因と
考えられる高温保存による電池性能の低下を軽減できる
ものと思われる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例の非水電解液二次電池
について図面を基にして説明する。ここでは、正極活物
質として、ＬｉＣｏＯ2を取り上げて説明する。
について図面を基にして説明する。ここでは、正極活物
質として、ＬｉＣｏＯ2を取り上げて説明する。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】電池の製造を次のようにして行う。正極活
物質としてＬｉＣｏＯ 2 １００ｇに導電剤としてアセ
チレンブラック３．０ｇを混合し、さらに、結着剤とし
てのポリ４弗化エチレン樹脂４．０ｇを混合して正極合
剤とした。正極合剤０．１グラムを直径１７．５ｍｍに
１トン／ｃｍ 2 でプレス成型して、正極とした。製造し
た電池の断面図を図１に示す。成型した正極１をケース
２に置く。正極１の上にセパレータ３としての多孔性ポ
リプロピレンフィルムを置いた。負極として直径１７．
５ｍｍ厚さ０．３ｍｍのリチウム板４を、ポリプロピレ
ン製ガスケット６を付けた封口板５に圧着した。非水電
解液として、プロピレンカーボネート溶液に無水安息香
酸を０．００１〜２．０モル／ｌとなるように添加し、
これに１モル／ｌの過塩素酸リチウムを溶解した。検討
した無水安息香酸の添加濃度は０．００１〜２．０モル
／ｌの範囲で１４種類とし、各添加濃度は表１に示し
た。このようにして得た非水電解液をセパレータ上およ
び負極上に加えた。その後電池を封口した。比較のた
め,無水安息香酸を添加しない非水電解液について上記
と同様な方法で電池を製造した。すなわち、非水電解液
として、プロピレンカーボネート溶液に１モル／ｌの過
塩素酸リチウムを溶解したものを用いた。電池の高温保
存試験を次の方法で行う。すなわち、上記の方法で得ら
れた電池について、２０℃において１ｍＡの定電流で
４．２ボルトまで充電し、３ボルトまで放電し、この充
電放電を１０サイクル行なった後、１１サイクル目の充
電が終わった後、６０℃で４週間保存した。保存後２０
℃に戻し、同じ条件で放電した。ここで、容量維持率は
次のように定義した。 容量維持率＝１００×１１サイクル目の放電電気量／１
０サイクル目の放電電気量 また、保存終了後に充電を行い、その後の放電容量を評
価した。ここで、容量回復率を次のように定義した。 容量回復率＝１００×１２サイクル目の放電電気量／１
０サイクル目の放電電気量 上記各電池の６０℃４週間保存にともなう電池内部抵抗
の変化を図２に示す。ここで、内部抵抗は電池電圧をバ
イアス電圧とし、１．０ｋＨｚにおいて振幅１００ｍＶ
の条件で２０℃において測定した。無水安息香酸を添加
しない電池では、保存直後から急激な電池内部抵抗の増
加が認められ、４週間後には３０Ω以上になる。一方、
本発明の電池においては、電池内部抵抗の増加は小さい
ものである。
物質としてＬｉＣｏＯ 2 １００ｇに導電剤としてアセ
チレンブラック３．０ｇを混合し、さらに、結着剤とし
てのポリ４弗化エチレン樹脂４．０ｇを混合して正極合
剤とした。正極合剤０．１グラムを直径１７．５ｍｍに
１トン／ｃｍ 2 でプレス成型して、正極とした。製造し
た電池の断面図を図１に示す。成型した正極１をケース
２に置く。正極１の上にセパレータ３としての多孔性ポ
リプロピレンフィルムを置いた。負極として直径１７．
５ｍｍ厚さ０．３ｍｍのリチウム板４を、ポリプロピレ
ン製ガスケット６を付けた封口板５に圧着した。非水電
解液として、プロピレンカーボネート溶液に無水安息香
酸を０．００１〜２．０モル／ｌとなるように添加し、
これに１モル／ｌの過塩素酸リチウムを溶解した。検討
した無水安息香酸の添加濃度は０．００１〜２．０モル
／ｌの範囲で１４種類とし、各添加濃度は表１に示し
た。このようにして得た非水電解液をセパレータ上およ
び負極上に加えた。その後電池を封口した。比較のた
め,無水安息香酸を添加しない非水電解液について上記
と同様な方法で電池を製造した。すなわち、非水電解液
として、プロピレンカーボネート溶液に１モル／ｌの過
塩素酸リチウムを溶解したものを用いた。電池の高温保
存試験を次の方法で行う。すなわち、上記の方法で得ら
れた電池について、２０℃において１ｍＡの定電流で
４．２ボルトまで充電し、３ボルトまで放電し、この充
電放電を１０サイクル行なった後、１１サイクル目の充
電が終わった後、６０℃で４週間保存した。保存後２０
℃に戻し、同じ条件で放電した。ここで、容量維持率は
次のように定義した。 容量維持率＝１００×１１サイクル目の放電電気量／１
０サイクル目の放電電気量 また、保存終了後に充電を行い、その後の放電容量を評
価した。ここで、容量回復率を次のように定義した。 容量回復率＝１００×１２サイクル目の放電電気量／１
０サイクル目の放電電気量 上記各電池の６０℃４週間保存にともなう電池内部抵抗
の変化を図２に示す。ここで、内部抵抗は電池電圧をバ
イアス電圧とし、１．０ｋＨｚにおいて振幅１００ｍＶ
の条件で２０℃において測定した。無水安息香酸を添加
しない電池では、保存直後から急激な電池内部抵抗の増
加が認められ、４週間後には３０Ω以上になる。一方、
本発明の電池においては、電池内部抵抗の増加は小さい
ものである。
【００３５】また、（表１）には、各電池の４週間後の
容量維持率、容量回復率を示す。
容量維持率、容量回復率を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】無水安息香酸を添加しない電池では、６０
℃４週間保存にともない非常に大きな容量低下を示す
が、実施例の電池、中でも無水安息香酸の添加濃度が
０．００２〜１．０モル／ｌの範囲では、容量維持率は
７５％以上であり、容量回復率は８０％以上であった。
このように非水電解液への無水安息香酸の添加は高温保
存にともなう容量低下を抑制する効果がある。
℃４週間保存にともない非常に大きな容量低下を示す
が、実施例の電池、中でも無水安息香酸の添加濃度が
０．００２〜１．０モル／ｌの範囲では、容量維持率は
７５％以上であり、容量回復率は８０％以上であった。
このように非水電解液への無水安息香酸の添加は高温保
存にともなう容量低下を抑制する効果がある。
【００３８】また、無水フタル酸、無水マレイン酸を用
いた場合にも同様の結果を得た。
いた場合にも同様の結果を得た。
【００３９】
【００４０】以上のように、非水電解質電池において、
非水電解質中に無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレ
イン酸を添加することにより、高温保存特性に優れた非
水電解質二次電池を得ることができる。
非水電解質中に無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレ
イン酸を添加することにより、高温保存特性に優れた非
水電解質二次電池を得ることができる。
【００４１】本実施例においては、正極活物質としてＬ
ｉＣｏＯ2について説明したが、他の４Ｖ級正極活物質
であるＬｉＭｎ2Ｏ4およびＬｉＮｉＯ2についても同様
な効果があることは言うまでもない。これは、実施例で
の酸無水物の添加が、電池内部の水またはアルカリの低
減をもたらしていると推定されることから容易に理解で
きる。
ｉＣｏＯ2について説明したが、他の４Ｖ級正極活物質
であるＬｉＭｎ2Ｏ4およびＬｉＮｉＯ2についても同様
な効果があることは言うまでもない。これは、実施例で
の酸無水物の添加が、電池内部の水またはアルカリの低
減をもたらしていると推定されることから容易に理解で
きる。
【００４２】さらに、これらの酸無水物を混合して添加
した場合にも同様の効果が認められる。
した場合にも同様の効果が認められる。
【００４３】以上の実施例では、酸無水物を添加する電
解液として１モル／ｌの過塩素酸リチウムを溶解したプ
ロピレンカーボネート溶液を用いた場合の結果である
が、電解液としてこれ以外に、溶質として６フッ化燐酸
リチウムやトリフロロメタンスルフォン酸リチウム，ホ
ウフッ化リチウム、溶媒としてプロピレンカーボネー
ト，エチレンカーボネートなどのカーボネート類、ガン
マーブチロラクトン，酢酸メチルなどのエステル類を用
いた電解液が良好であった。しかしながら、ジメトキシ
エタンやテトラヒドロフランなどのエーテル類を使用し
た場合には、高温保存特性は悪く、電解液中に酸無水物
を添加することによる高温保存特性の向上は認められな
かった。実施例では正極は４Ｖ以上の電圧となるため、
エーテル類は酸化されるためと考えている。
解液として１モル／ｌの過塩素酸リチウムを溶解したプ
ロピレンカーボネート溶液を用いた場合の結果である
が、電解液としてこれ以外に、溶質として６フッ化燐酸
リチウムやトリフロロメタンスルフォン酸リチウム，ホ
ウフッ化リチウム、溶媒としてプロピレンカーボネー
ト，エチレンカーボネートなどのカーボネート類、ガン
マーブチロラクトン，酢酸メチルなどのエステル類を用
いた電解液が良好であった。しかしながら、ジメトキシ
エタンやテトラヒドロフランなどのエーテル類を使用し
た場合には、高温保存特性は悪く、電解液中に酸無水物
を添加することによる高温保存特性の向上は認められな
かった。実施例では正極は４Ｖ以上の電圧となるため、
エーテル類は酸化されるためと考えている。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、非水電解質電池におい
て、非水電解液中に無水安息香酸、無水フタル酸、無水
マレイン酸を添加することにより、高温保存特性に優れ
た非水電解液二次電池を得ることができ、産業上の意義
は大きい。
て、非水電解液中に無水安息香酸、無水フタル酸、無水
マレイン酸を添加することにより、高温保存特性に優れ
た非水電解液二次電池を得ることができ、産業上の意義
は大きい。
【図１】本発明の実施例の電池の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１の電池の６０℃保存にともな
う電池内部抵抗の変化を示したグラフである。
う電池内部抵抗の変化を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 正樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 豊口 ▲吉▼徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−132067（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−134872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121260（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 充電放電に対し可逆性を有する正極と負
極と、リチウム塩を含有する非水電解液とからなり、前
記非水電解液に無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレ
イン酸を添加したことを特徴とする非水電解液二次電
池。 - 【請求項２】 正極中の活物質がＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭ
ｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2から選ばれる少なくとも１つであ
ることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電
池。 - 【請求項３】 無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレ
イン酸の添加量が０．００２モル濃度から１．０モル濃
度であることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二
次電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3127322A JP2697365B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 非水電解液二次電池 |
| US07/891,633 US5296319A (en) | 1991-05-30 | 1992-06-01 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3127322A JP2697365B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 非水電解液二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04355065A JPH04355065A (ja) | 1992-12-09 |
| JP2697365B2 true JP2697365B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=14957067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3127322A Expired - Fee Related JP2697365B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5296319A (ja) |
| JP (1) | JP2697365B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8101296B2 (en) | 2007-02-09 | 2012-01-24 | Sony Corporation | Battery having a charge voltage between 4.25 V and 6.00 V |
| WO2012176873A1 (ja) * | 2011-06-23 | 2012-12-27 | 日本電気株式会社 | リチウム二次電池 |
| US10290900B2 (en) | 2014-03-25 | 2019-05-14 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Non-aqueous electrolytic solution and lithium ion secondary battery comprising same |
Families Citing this family (32)
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|---|---|---|---|---|
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| US5587133A (en) * | 1995-02-03 | 1996-12-24 | Bell Communications Research, Inc. | Delithiated cobalt oxide and nickel oxide phases and method of preparing same |
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| US5582935A (en) * | 1995-09-28 | 1996-12-10 | Dasgupta; Sankar | Composite electrode for a lithium battery |
| US5665491A (en) * | 1995-12-11 | 1997-09-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Nonaqueous secondary battery |
| JPH09167618A (ja) * | 1995-12-19 | 1997-06-24 | Fuji Photo Film Co Ltd | 非水二次電池 |
| DE69709740T2 (de) * | 1996-06-14 | 2002-08-22 | Moltech Corp | Zusammensetzung verwendbar in elektrolyten für sekundär batteriezellen |
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| US6045950A (en) * | 1998-06-26 | 2000-04-04 | Duracell Inc. | Solvent for electrolytic solutions |
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