JP4043254B2 - 基板装着用リチウム二次電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に装着される基板装着用リチウム二次電池に関するものであり、特にリフロー処理等によって基板に装着される基板装着用リチウム二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リチウム二次電池は、小型かつ軽量で、エネルギー密度が高く、また保存特性に優れている。このことから、従来より、リチウム二次電池は、各種エレクトロニクス機器の主電源やメモリーバックアップ用電源として広く使用されている。
【0003】
リチウム二次電池をメモリーバックアップ用電源として使用する場合、長期間にわたって安定して動作するように、リチウム二次電池をプリント基板等の基板に直接実装する方法が広く採用されている。
【0004】
このようにプリント基板等の基板にリチウム二次電池を実装させる場合、リチウム二次電池の外部端子面にスポット溶接またはレーザー溶接等により電流取出し用の金属製リード板の一端部を取り付け、この金属製リード板の他端部をプリント基板等の基板に設けられた端子孔に挿入させてハンダ付けすることが行われている。
【0005】
上記のようにリチウム二次電池の外部端子面に取り付けられた金属製リード板の他端部を基板にハンダ付けする場合、個々にハンダ付けする作業は面倒であり、生産性が悪くなり、コストが高くなるなどの問題があった。
【0006】
このため、近年においては、リチウム二次電池を取り付ける基板の部分にクリームハンダを塗布し、クリームハンダの塗布面にリチウム二次電池を載せた後、リチウム二次電池を基板と一緒にリフロー炉に導き、このリフロー炉内において230〜270℃程度の高温で短時間加熱してハンダを溶融させ、リチウム二次電池を他の電子部品とともに基板に取り付ける自動ソルダリングが試みられている。この一連の処理をリフロー処理と呼んでいる。
【0007】
しかしながら、リチウム二次電池を基板とともにリフロー炉に導いて基板に装着させる場合、リチウム二次電池も230〜270℃の高温に曝される。このため、リフロー処理の際に熱履歴によりリチウム二次電池における正極、負極、非水電解液、セパレータ等の電池材料間において激しい反応が生じ、これによりリチウム二次電池の内圧が上昇して液漏れが生じたり、リチウム二次電池の内部抵抗が大きく上昇する等の問題があった。
【0008】
このため、特開2000−40525号公報及び特開2000−48859号公報では、スルホン基を有するリチウム塩を、スルホランまたは3−メチルスルホランを主成分とする有機溶媒に溶解させた非水電解液を用い、リフロー処理の際に非水電解液が気化するのを抑制して、電池の内圧が上昇するのを防止することが提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の方法を用いた場合にも、非水電解液の溶媒に用いるスルホランの量が適当でなかったり、スルホランと混合させる溶媒の種類が適当でないと、非水電解液の導電率が大きく低下して、リチウム二次電池における充放電特性が悪くなったり、リチウム二次電池における高温安定性を十分に向上させることができないという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、リフロー処理等により高温に加熱された際に、液漏れを生じにくく、かつ内部抵抗が大きく上昇することがない基板装着用リチウム二次電池を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に装着される基板装着用リチウム二次電池であり、正極と、リチウム及びアルミニウムを含む合金からなる負極と、溶質及び溶媒からなる非水電解液とを備え、上記溶媒が、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルとを含むことを特徴としている。
【0012】
本発明に従い、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルとを含む溶媒を用いるとともに、リチウム及びアルミニウムを含む合金からなる負極を用いることにより、リフロー処理等により230〜270℃程度の高温に加熱されても、非水電解液が正極及び負極、特に負極と反応するのを抑制することができる。この結果、電池の内圧が上昇するのを抑制することができ、液漏れの発生を防止することができる。さらに、電池の内部抵抗の上昇を抑制することができるため、充放電サイクル特性を向上させることができる。
【0013】
本発明において、プロピレンカーボネートとジエチレンジアルキルエーテルの両方を含む溶媒を用いている理由は、プロピレンカーボネートだけであると、高温安定性は高くなるが、非水電解液の導電率が低くなり充放電特性が悪くなり、一方ジエチレングリコールジアルキルエーテルだけであると、非水電解液の導電率が高くなり充放電特性は良くなるが、高温安定性が悪くなるからである。
【0014】
溶媒中におけるプロピレンカーボネートの含有割合は、非水電解液の高温安定性を向上させるとともに非水電解液の導電率を高めるという観点から、3〜50体積%の範囲であることが好ましく、5〜40体積%の範囲であることがさらに好ましい。従って、ジエチレンジアルキルエーテルの含有割合は、97〜50体積%の範囲であることが好ましく、95〜60体積%の範囲であることが好ましい。
【0015】
リチウム及びアルミニウムを含む合金からなる負極を用いることにより、230〜270℃程度の高温においても、上記溶媒を含む非水電解液と負極との反応を抑制することができる。この理由の詳細については明らかではないが、負極の表面に上記溶媒による被膜が形成され、この被膜により高温における安定性が向上するものと思われる。
【0016】
ジエチレンジアルキルエーテルの具体例としては、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテルなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
【0017】
本発明に従う他の局面においては、上記溶媒に、さらにリン酸トリアルキルが含まれる。従って、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルとリン酸トリアルキルとを含む溶媒が用いられる。
【0018】
溶媒にさらにリン酸トリアルキルが含まれることにより、さらに高温安定性を向上させることができる。すなわち、さらに高い温度においても、電池内圧の上昇による液漏れを防止することができ、電池の内部抵抗の上昇を抑制して充放電サイクル特性をさらに向上させることができる。
【0019】
溶媒中におけるリン酸トリアルキルの含有割合は、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルの合計量に対して0.1〜10重量%の範囲であることが好ましく、0.5〜5重量%の範囲であることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、非水電解液の高温安定性をさらに向上させるとともに、充放電サイクル特性をさらに向上させることができる。
【0020】
リン酸トリアルキルをさらに含む溶媒を用いることにより、高温安定性がさらに向上する理由について詳細は明らかでないが、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルとリン酸トリアルキルとを含む溶媒により、負極の表面上に良質な被膜が形成され、この被膜によって高温安定性がさらに向上するものと思われる。
【0021】
リン酸トリアルキルとしては、特に限定されるものではないが、アルキル基の炭素数が1〜5のものが好ましく用いられる。これらの中でも、リン酸トリメチル及びリン酸トリエチルが好ましく、特にリン酸トリメチルが好ましい。
【0022】
本発明のリチウム二次電池において、正極の活物質としては、マンガン酸化物が特に好ましく用いられる。マンガン酸化物としては、スピネル型の結晶構造を有するものが好ましい。マンガン酸化物を正極の活物質として用いることにより、正極と非水電解液との反応をさらに抑制することができ、充放電サイクル特性をさらに向上させることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るリチウム二次電池について具体的に説明する。しかしながら、本発明のリチウム二次電池は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができるものである。
【0024】
図1は、本発明の一実施形態のリチウム二次電池を示す模式的断面図である。図1に示すように、正極1と負極2との間に非水電解液を含浸させたセパレータ3を介在させ、この状態で正極ケース4aと負極ケース4bとで構成される電池ケース4内に収納されている。正極1は、正極集電体5を介して正極ケース4aに接続されている。負極2は、負極集電体6を介して負極ケース4bに接続されている。正極ケース4aと負極ケース4bとを絶縁パッキングであるガスケット7により電気的に絶縁させた状態で、正極ケース4aをかしめて封止させ、コイン型のリチウム二次電池が構成されている。
【0025】
本実施形態において、正極1は、正極活物質と導電剤と結着剤とを混合し、これを成形したものが用いられている。
正極活物質としては、リチウム二次電池において一般に使用されている公知の遷移金属酸化物を用いることができる。例えば、チタン酸化物、バナジウム酸化物、マンガン酸化物、コバルト酸化物、ニッケル酸化物、ニオブ酸化物、モリブデン酸化物等を用いることができるが、上述のように特にマンガン酸化物を用いることが好ましい。また、上述のようにスピネル型の結晶構造を有するマンガン酸化物を用いることにより、高温において正極と非水電解液とが反応するのを一層抑制することができ、さらに優れた高温安定性及び充放電特性を得ることができる。
【0026】
正極1に用いる導電剤としては、リチウム二次電池において一般に使用されている公知のものを用いることができる。例えば、鱗片状黒鉛や土状黒鉛等の天然黒鉛、人工黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等を用いることができる。充放電特性をさらに向上させるためには、導電剤として、黒鉛とアセチレンブラックとを合わせて用いることが好ましい。特に、黒鉛とアセチレンブラックとを3/7〜7/3の重量比で混合させたものを用いることが好ましい。
【0027】
正極1に用いる結着剤としては、リチウム二次電池において一般に使用されている公知のものを用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフルオロエチレンプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンタポリマー、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、フッ素ゴム等を用いることができる。特に、リフロー処理の際230〜270℃程度に加熱されるので、高温安定性に優れたポリフルオロエチレンプロピレンを用いることが好ましい。ポリフルオロエチレンプロピレンの添加量は、1〜10重量%の範囲であることが好ましい。
【0028】
負極2としては、リフロー処理の際に非水電解液との反応を抑制するため、リチウムとアルミニウムとを含む合金が用いられる。リチウムとアルミニウムの割合は、モル比で1:5〜1:2であることが好ましい。なお、リチウム及びアルミニウム以外に、高温安定性と充放電特性とを低下させない範囲で、鉛、スズ、マグネシウム、マンガン等の他の元素を含んでいてもよい。
【0029】
セパレータ3としては、リフロー処理の際の非水電解液との反応を抑制するため、ポリフェニレンスルフィドを用いることが好ましい。なお、熱安定性を低下させない範囲において、他の熱安定性の高い樹脂を混合したり、強度を高めるため無機繊維またはセルロース樹脂を混合することも可能である。
【0030】
セパレータ3に含浸させる非水電解液としては、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルとを含む溶媒、またはプロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルとリン酸トリアルキルとを含む溶媒に、適当な溶質を溶解させたものを用いる。
【0031】
非水電解液の溶媒には、特性を低下させない範囲において、上記の溶媒以外の溶媒を混合してもよい。このような溶媒としては、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状カルボン酸エステル;スルホラン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタン等の鎖状エーテル;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状炭酸エステル;メチルアセテートなどの鎖状エステル;テトラヒドロフラン等の環状エーテルなどが挙げられる。
【0032】
非水電解液の溶質としては、高温安定性に優れた溶質を用いることが好ましい。例えば、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムLiCF3SO3、リチウムトリフルオロメタンスルホン酸イミドLiN(CF3SO2)2、リチウムペンタフルオロエタンスルホン酸イミドLiN(C2F5SO2)2、リチウムトリフルオロメタンスルホン酸メチドLiC(CF3SO2)3などが挙げられる。溶質の濃度は、0.3〜1.5モル/リットルの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは0.5〜1.0モル/リットルの範囲とする。
【0033】
正極ケース4a及び負極ケース4bとしては、ステンレス鋼等をプレス加工によって所定の形状に成形したものが好ましく用いられる。
正極1と正極ケース4aとの間には正極集電体5が設けられている。正極集電体5としては、正極ケース4aの内面に黒鉛の粉と水ガラスを混合した導電塗料を塗布することにより形成した集電体や、ステンレス鋼、アルミニウムまたはチタン等からなるメッシュ状の集電体が好ましく用いられる。
【0034】
負極2と負極ケース4bとの間には負極集電体5が設けられている。負極集電体6としては、負極ケース4bの内面に黒鉛の粉と水ガラスを混合した導電塗料を塗布することにより形成される集電体や、ステンレス鋼、銅、チタン等からなるメッシュ状の集電体が好ましく用いられる。
【0035】
【実施例】
以下、本発明に従う具体的な実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができるものである。
【0036】
(実施例1)
実施例1においては、以下のようにして作製した正極と負極と非水電解液とを用い、図1に示すようなコイン型の基板装着用リチウム二次電池を作製した。
【0037】
[正極の作製]
正極活物質であるLi1.22Mn1.78O4と、黒鉛及びアセチレンブラックを重量比1:1で混合した導電剤と、ポリフルオロエチレンプロピレンとを、90:5:5の重量比になるように混合し、その混合物を直径4mm、厚さ1.2mmの円板状に成型した後、真空中において250℃で2時間乾燥させて正極を作製した。
【0038】
[負極の作製]
負極を作製するにあたっては、リチウム−アルミニウム合金を電気化学的に作製し、このリチウム−アルミニウム合金を直径4mm、厚さ0.3mmの円板状に打ち抜いて負極を作製した。合金におけるリチウムとアルミニウムの割合は、モル比で1:2であった。
【0039】
[非水電解液の作製]
非水電解液を作製するにあたっては、プロピレンカーボネート(PC)とジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)とを30:70の体積比で混合させた溶媒を用い、この溶媒に、溶質のリチウム塩としてリチウムトリフルオロメタンスルホン酸イミドLiN(CF3SO2)2を0.75モル/リットルの濃度になるように溶解させて非水電解液を作製した。
【0040】
そして、図1に示すように、ステンレス製の負極ケース4bの内面に溶着させたステンレス製の網からなる負極集電体6の上に、上記の負極2と、ポリフェニレンスルフィド製のセパレータ3と、上記の正極1とを順々に重ね、ポリフェニレンスルフィド製の絶縁パッキングであるガスケット7を負極ケース4bの内周側に装着させて、上記の非水電解液を注入した。その後、黒鉛の粉と水ガラスとを混合した導電塗料が塗布されてなる正極集電体5が内面に形成されたステンレス製の正極ケース4aを被せて、上記の正極1と正極集電体5とを接触させた。その後、この正極ケース4aをかしめ封止させて、実施例1のリチウム二次電池を作製した。
【0041】
(実施例2)
正極活物質として、水酸化リチウムLiOHと酸化ホウ素B2O3と二酸化マンガンMnO2とを、Li:B:Mnの原子比が0.50:0.01:1.00になるように混合し、これを空気中において375℃で20時間熱処理し、これを粉砕して得られる、リチウムとホウ素とマンガンとの複合混合物(Li−B−Mn複合酸化物)を用いた以外は、上記の実施例1と同様にして、実施例2のリチウム二次電池を作製した。
【0042】
(実施例3)
ジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)の代わりにジエチレングリコールジエチルエーテル(DDEE)を用いる以外は、上記の実施例1と同様にして、実施例3のリチウム二次電池を作製した。
【0043】
(実施例4)
ジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)の代わりにジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル(DDPE)を用いる以外は、上記の実施例1と同様にして、実施例4のリチウム二次電池を作製した。
【0044】
(実施例5)
正極活物質として、五酸化バナジウムV2O5を用いる以外は、上記の実施例1と同様にして、実施例5のリチウム二次電池を作製した。
【0045】
(比較例1)
溶媒として、1,2−ジメトキシエタン(DME)のみを用いる以外は、上記の実施例1と同様にして、比較例1のリチウム二次電池を作製した。
【0046】
(比較例2)
溶媒として、スルホラン(SL)とジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)とを30:70の体積比で混合させた溶媒を用いる以外は、上記の実施例1と同様にして、比較例2のリチウム二次電池を作製した。
【0047】
(比較例3)
溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とスルホラン(SL)とを30:70の体積比で混合させた溶媒を用いる以外は、上記の実施例1と同様にして、比較例3のリチウム二次電池を作製した。
【0048】
(比較例4)
溶媒として、スルホラン(SL)と1,2−ジメトキシエタン(DME)とを30:70の体積比で混合させた溶媒を用いる以外は、上記の実施例1と同様にして、比較例4のリチウム二次電池を作製した。
【0049】
(比較例5)
負極として、リチウム金属を直径4mm、厚さ0.3mmの円板状に打ち抜いたものを用いる以外は上記の実施例1と同様にして、比較例5のリチウム二次電池を作製した。
【0050】
(リフロー処理による液漏れ及び充放電特性の評価)
上記のようにして作製した実施例1〜5及び比較例1〜5の各リチウム二次電池について、それぞれ電圧及び抵抗の検査を行ってショート等の不備のない電池をそれぞれ5個用意した。
【0051】
実施例1〜5及び比較例1〜5のそれぞれ5個の電池を180℃で1分間余熱させた後、最高温度が250℃、出入口付近の最低温度が180℃になったリフロー炉内を1分間かけて通過させ、その後、これらを室温まで自然冷却させて、液漏れの有無を調べた。それぞれ5個の電池中において液漏れした電池の個数を表1に示した。
【0052】
次いで、液漏れしていない電池だけを用い、それぞれ電圧及び抵抗の検査を行ってショート等の不備のないことを確認した後、各電池を0.1mAの定電流で充電終止電圧3.0Vまで充電させた後、0.1mAの定電流で放電終止電圧2.0Vまで放電させ、これを1サイクルとして充放電を繰り返して行った。放電容量が1サイクル目の放電容量の半分になるまでのサイクル数を求め、その結果を表1に示した。
【0053】
【表1】
【0054】
表1に示す結果から明らかなように、負極にリチウム−アルミニウム合金を用い、かつ非水電解液にプロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルの混合溶媒を用いた実施例1〜5のリチウム二次電池は、比較例1〜5のリチウム二次電池に比べ、リフロー処理による液漏れが少なく、かつ優れた充放電サイクル特性を示している。
【0055】
実施例1と、実施例2または5との比較から明らかなように、正極活物質としてマンガンを含む複合酸化物、特にスピネル型結晶構造を有するマンガン酸化物を用いることにより、リフロー処理による液漏れが確実に防止されるとともに、充放電サイクル特性がさらに向上している。
【0056】
(実施例6〜13)
実施例6〜13においては、上記の実施例1における非水電解液の作製において、溶媒に用いるプロピレンカーボネート(PC)とジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)との体積比を変更した。PCとDDMEとの体積比を、実施例6では1:99に、実施例7では3:97に、実施例8では5:95に、実施例9では10:90に、実施例10では20:80に、実施例11では40:60に、実施例12では50:50に、実施例13では70:30にし、それ以外は、上記の実施例1と同様にして、実施例6〜13の各リチウム二次電池を作製した。
【0057】
(比較例6及び7)
比較例6及び7においては、上記の実施例1における非水電解液の作製において、溶媒に用いるプロピレンカーボネート(PC)とジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)との体積比を変更した。PCとDDMEとの体積比を、比較例6では0:100に、比較例7では100:0にし、それ以外は、上記の実施例1と同様にして、各リチウム二次電池を作製した。
【0058】
(リフロー処理による液漏れ及び充放電特性の評価)
上記のようにして作製した実施例6〜13並びに比較例6及び7の各リチウム二次電池について、上記の実施例1の場合と同様にして、リフロー処理による液漏れの有無を調べた。それぞれ5個の電池中において液漏れした電池の個数を表2に示した。また、液漏れしていない電池を用い、上記の実施例1の場合と同様にして、それぞれ放電容量が1サイクル目の放電容量の半分になるまでのサイクル数を求め、その結果を表2及び図2に示した。なお、表2及び図2には実施例1の結果を併せて示している。
【0059】
【表2】
【0060】
表2及び図2に示す結果から明らかなように、非水電解液の溶媒中におけるプロピレンカーボネート(PC)の含有割合が3〜50体積%の範囲内である実施例1及び7〜12は、リフロー処理による液漏れが特に抑制され高温安定性に優れているとともに、充放電サイクル特性もより良好であることがわかる。また、プロピレンカーボネート(PC)の含有割合が5〜40体積%の範囲内であれば、さらに充放電サイクル特性が向上することがわかる。
【0061】
(実施例14)
非水電解液の溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)の混合溶媒(体積比30:70)に、PCとDDMEの合計量に対し3重量%のリン酸トリメチルを添加した溶媒を用いる以外は、上記実施例1と同様にして、実施例14のリチウム二次電池を作製した。
【0062】
(実施例15)
リン酸トリメチルに代えてリン酸トリエチルを用いる以外は、実施例14と同様にして、実施例15のリチウム二次電池を作製した。
【0063】
(実施例16)
正極活物質として、実施例2において用いたLi−B−Mn複合酸化物を用いる以外は、実施例14と同様にして、実施例16のリチウム二次電池を作製した。
【0064】
(実施例17)
正極活物質として、実施例5において用いたV2O5を用いる以外は、実施例14と同様にして、実施例17のリチウム二次電池を作製した。
【0065】
(実施例18)
ジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)の代わりにジエチレングリコールジエチルエーテル(DDEE)を用いる以外は、実施例14と同様にして、実施例18のリチウム二次電池を作製した。
【0066】
(実施例19)
ジエレングリコールジエチルエーテル(DDME)の代わりにジエチルグリコールジ−n−プロピルエーテル(DDPE)を用いる以外は、実施例14と同様にして、実施例19のリチウム二次電池を作製した。
【0067】
(実施例20)
実施例14において、プロピレンカーボネート(PC)とジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)の混合溶媒に代えて、プロピレンカーボネート(PC)とジエチレングリコールジメチルエーテル(DDME)とジエチレングリコールジエチルエーテル(DDEE)の混合溶媒(体積比30:50:20)を用い、この混合溶媒にPCとDDMEとDDEEの合計量に対して3重量%のリン酸トリメチルを添加した溶媒を用いる以外は、実施例14と同様にして、実施例20のリチウム二次電池を作製した。
【0068】
(実施例21)
実施例14において、リン酸トリメチルを添加しない以外は、実施例14と同様にして、実施例21のリチウム二次電池を作製した。この実施例21のリチウム二次電池は、実施例1のリチウム二次電池と同様のものである。
【0069】
(実施例22)
実施例18において、リン酸トリメチルを添加しない以外は、実施例18と同様にして、実施例22のリチウム二次電池を作製した。この実施例22のリチウム二次電池は、実施例3のリチウム二次電池と同様のものである。
【0070】
(実施例23)
実施例20において、リン酸トリメチルを添加しない以外は、実施例20と同様にして、実施例23のリチウム二次電池を作製した。
【0071】
(比較例8〜11)
比較例1〜4と同様の電池を作製し、それぞれ比較例8〜11のリチウム二次電池とした。
【0072】
(リフロー処理による液漏れ及び充放電特性の評価)
上記のようにして作製した実施例14〜23及び比較例8〜11の各リチウム二次電池について、リフロー炉内の最高温度が260℃であり、出入り口付近の最低温度が180℃であるリフロー炉内を通過させること以外は、上記実施例1の場合と同様にして、リフロー処理による液漏れの有無を調べた。それぞれ5個の電池中において液漏れした電池の個数を表3に示した。
【0073】
また、液漏れしていない電池を用い、上記実施例1の場合と同様にして、サイクル数を求めた。結果を表3に示した。
【0074】
【表3】
【0075】
表3に示す結果から明らかなように、混合溶媒にリン酸トリアルキルを添加した実施例14〜20のリチウム二次電池は、混合溶媒にリン酸トリアルキルを添加していない実施例21〜23のリチウム二次電池に比べ、リフロー処理による液漏れが少なくなるとともに、優れた充放電サイクル特性を示している。従って、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルの混合溶媒にリン酸トリアルキルを添加することにより、より高温においてもリフロー処理による液漏れを防止することが可能となり、充放電サイクル特性も向上できることがわかる。
【0076】
(実施例24〜33)
実施例24〜28においては、リン酸トリメチルの添加量を変化させた。すなわち、実施例24では0.1重量%、実施例25では0.5重量%、実施例26では1.0重量%、実施例27では5.0重量%、実施例28では10.0重量%とし、それ以外は実施例14と同様にして各リチウム二次電池を作製した。
【0077】
実施例29〜33においては、リン酸トリエチルの添加量を変化させた。すなわち、実施例29では0.1重量%、実施例30では0.5重量%、実施例31では1.0重量%、実施例32では5.0重量%、実施例33では10.0重量%とし、それ以外は、実施例15と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
【0078】
(リフロー処理による液漏れ及び充放電特性の評価)
上記のようにして作製した実施例24〜33の各リチウム二次電池について、上記実施例14と同様にしてリフロー処理による液漏れ及び充放電特性を評価した。それらの結果を表4に示す。なお、表4には、実施例14、実施例15、及び実施例21の結果を併せて示す。また、リン酸トリアルキルの添加量とサイクル数との関係を図3に示す。
【0079】
【表4】
【0080】
表4及び図3に示す結果から明らかなように、リン酸トリアルキルの添加量が0.5〜5重量%の範囲である場合において、充放電サイクル特性が特に向上していることがわかる。
【0081】
上記の実施形態及び各実施例においては、コイン型のリチウム二次電池を示したが、本発明のリチウム二次電池の形状及び大きさ等は上記のものに限定されるものではない。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、リフロー処理等による熱履歴を受けた際、すなわち230〜270℃程度の高温に加熱された際に、非水電解液が正極及び負極、特に負極と反応するのを抑制することができる。従って、リフロー処理等により高温に加熱された際に、電池の内圧が上昇して液漏れが生じたり、電池の内部抵抗が上昇するのを抑制することができる。このため、本発明によれば、高温安定性及び充放電特性に優れた基板装着用リチウム二次電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のリチウム二次電池を示す模式的断面図。
【図2】本発明の実施例の非水電解液の溶媒中におけるプロピレンカーボネート(PC)の含有割合と、サイクル数との関係を示す図。
【図3】本発明の実施例の非水電解液の溶媒中におけるリン酸トリアルキルの添加量と、サイクル数との関係を示す図。
【符号の説明】
1…正極
2…負極
3…セパレータ
4…電池ケース
4a…正極ケース
4b…負極ケース
5…正極集電体
6…負極集電体
7…ガスケット
Claims (12)
- 基板に装着される基板装着用リチウム二次電池であって、正極と、リチウム及びアルミニウムを含む合金からなる負極と、溶質及び溶媒からなる非水電解液とを備え、
前記溶媒が、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルとを含むことを特徴とする基板装着用リチウム二次電池。 - 前記ジエチレングリコールジアルキルエーテルが、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテルから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- リフロー処理によって基板に装着されることを特徴とする請求項1または2に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記溶媒中におけるプロピレンカーボネートの含有割合が3〜50体積%の範囲であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記溶媒中におけるプロピレンカーボネートの含有割合が5〜40体積%の範囲であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記溶媒が、さらにリン酸トリアルキルを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記溶媒中におけるリン酸トリアルキルの含有割合が、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルの合計量に対して0.1〜10重量%の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記溶媒中におけるリン酸トリアルキルの含有割合が、プロピレンカーボネートとジエチレングリコールジアルキルエーテルの合計量に対して0.5〜5重量%の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記リン酸トリアルキルがリン酸トリメチルであることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記正極が活物質としてマンガン酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記マンガン酸化物がスピネル型の結晶構造を有することを特徴とする請求項10に記載の基板装着用リチウム二次電池。
- 前記正極と前記負極の間に配置されるセパレータをさらに備え、該セパレータがポリフェニレンスルフィドからなることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の基板装着用リチウム二次電池。
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