JP2004055253A - Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same - Google Patents
Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004055253A JP2004055253A JP2002209221A JP2002209221A JP2004055253A JP 2004055253 A JP2004055253 A JP 2004055253A JP 2002209221 A JP2002209221 A JP 2002209221A JP 2002209221 A JP2002209221 A JP 2002209221A JP 2004055253 A JP2004055253 A JP 2004055253A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- secondary battery
- battery
- aqueous secondary
- mass
- positive electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【課題】安全性の確保と自己放電の抑制とを両立させた非水二次電池および
それを用いた電子機器を提供する。
【解決手段】正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、前記非水電解質が、芳香族環にアルキル基が結合した非イオン性化合物を0.5〜15質量%含有し、かつアミン系芳香族、スルフィド系芳香族またはR−SLiで示される(Rはアリル基など芳香族を含む置換基)芳香族、ホスファイト系芳香族、キノン系芳香族を1〜10000ppm含有している非水二次電池とする。さらに、前記非水電解質が、ハロゲン化芳香族化合物を1〜12質量%含有していることが好ましい。また、前記非水二次電池を備え、前記非水二次電池が1C以上の電流で充電されることのある電子機器とする。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery that ensures both safety and suppression of self-discharge, and an electronic device using the same.
A non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte contains 0.5 to 15% by mass of a non-ionic compound having an alkyl group bonded to an aromatic ring. 1 to 10000 ppm of an aromatic, phosphite-based, or quinone-based aromatic compound containing an amine-based aromatic, a sulfide-based aromatic, or R-SLi (R is a substituent containing an aromatic group such as an allyl group) Non-aqueous secondary batteries contained. Further, it is preferable that the non-aqueous electrolyte contains 1 to 12% by mass of a halogenated aromatic compound. An electronic device including the non-aqueous secondary battery may be charged with a current of 1 C or more.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安全性に優れ、自己放電の少ない非水二次電池およびそれを用いた電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リチウムイオン電池に代表される非水二次電池は、容量が大きく、かつ高電圧、高エネルギー密度、高出力であることから、ますます需要が増える傾向にある。そして、電池の高容量化に伴って電池の安全性は低下する傾向にあり、電池およびこれを用いた電子機器での安全性確保はますます重要になってきている。最近は電池の安全性確保のためにシクロヘキシルベンゼンなどの添加剤が提案されてきている。たとえば特開平5−036439号公報、特開平10−275632号公報、特開平2001−015155号公報、特開2000−215909号公報、特開2001−15158号公報などである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
現在、これらの添加剤の使用により、非水二次電池はより安全に使用できることがわかっている。しかし、これらの添加剤の使用は、充電貯蔵時の自己放電を増加させるという問題がある。
【0004】
そこで、本発明者らは安全性を向上させつつ、自己放電も抑えるために種々の添加剤や部材の影響を検討した。その結果、安全性の確保と自己放電の抑制とを両立できる非水二次電池を開発するにいたった。さらに自己放電現象はセパレータの厚みなどにも大きな影響を受けることが判明し、本発明者らは、これらの影響を詳細に検討した。
【0005】
本発明は安全性の確保と自己放電の抑制とを両立させた非水二次電池およびそれを用いた電子機器を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の非水二次電池は、正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、前記非水電解質が、芳香族環にアルキル基が結合した非イオン性化合物を0.5〜15質量%含有し、かつアミン系芳香族またはスルフィド系芳香族またはホスファイト系芳香族またはキノン系芳香族のいずれかを1−10000ppm含有する非水二次電池とすることを特徴とする。
【0007】
また、本発明の電子機器は、前記非水二次電池を備えた電子機器であって、前記非水二次電池が1C以上の電流で充電されることのある電子機器である。
【0008】
【発明の実施の形態】
また本発明は、正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、前記非水電解質が、芳香族環にアルキル基が結合した非イオン性化合物を0.5〜15質量%含有し、かつアミン系芳香族またはスルフィド系芳香族またはホスファイト系芳香族またはキノン系芳香族のいずれかを1−10000ppm含有している。
【0009】
本発明は、非水電解質の中に芳香族環にアルキル基が結合した非イオン性化合物とアミン系芳香族またはスルフィド系芳香族またはホスファイト系芳香族またはキノン系芳香族のいずれかとを含有させることにより、電池の発熱抑制等の安全性の確保と自己放電の抑制とを両立させた非水二次電池を提供できる。
【0010】
本発明で用いる芳香族環にアルキル基が結合した非イオン性化合物(以下、便宜上「化合物A」という。)としては、例えば、シクロヘキシルベンゼン、イソプロピルベンゼン、tーブチルベンゼン、オクチルベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられるが、特にベンゼン環に炭素数4以上のアルキル基が結合した化合物、またはベンゼン環に飽和脂肪族環が結合した化合物が安全性向上に効果的であり望ましい。そのなかでもシクロヘキシルベンゼンが最も望ましい。
【0011】
化合物Aは、非水電解質の質量(電解質塩、溶媒、ポリマーの合計質量)に対して0.5質量%以上含有させることが必要であり、2質量%以上がより望ましく、4質量%以上が最も望ましい。化合物Aが0.5質量%を下回ると発熱抑制効果が低下するからである。また、化合物Aは、非水電解質の質量に対して15質量%以下であることが必要であり、10質量%以下がより望ましく、8%以下が最も望ましい。化合物Aが15質量%を超えると電池の自己放電が大きくなるからである。
【0012】
本発明では、化合物Aと共に、アミン系芳香族、スルフィド系芳香族またはR−SLiで示される(Rはアリル基など芳香族を含む置換基)芳香族、ホスファイト系芳香族、キノン系芳香族(以下、便宜上「化合物B」という。)をさらに含有させることが必要である。化合物Bのアミン系芳香族としては、フェニル−β−ナフチルアミン、トリフェニルアミン、R1R2R3N(R1−3はアリル基またはアルキル基で少なくとも1つはアリル基)などが挙げられる。
【0013】
また、スルフィド系またはR−SLiで示される(Rはアリル基など芳香族を含む置換基)化合物、としてはR1−S−R2,R−S−Liで表され(R1,R2は少なくとも少なくとも一方が芳香族基、Rはアリル基など芳香族を含む置換基)具体的にはジフェニルスルフィド、フェニルブチルスルフィド、C6H5−S−Liなどが挙げられる。ホスファイト系芳香族としては、(R1O)(R2O)(R3O)Pで表され(R1〜R3はアルキル基もしくはフェニル基などの芳香族基であり、少なくとも1つは芳香族基である)。具体的にはフェニルジイソアルキル(C1〜C10)ホスファイト、ジフェニルイソアルキル(C1〜C10)ホスファイト、トリフェニルホスファイトなどが挙げられる。
【0014】
さらに、キノン系芳香族としては、2,6−ジ−t−オクチルハイドロキノン、2,6−ジ−n−ドデシル−ハイドロキノン、2−n−ドデシル−5−クロロヒドロキノン、2−t−オクチル−5−メチルーハイドロキノンなどのハイドロキノン系化合物が挙げられ、2位あるいは6位がアルキル基やアルキレン基で置換された化合物が望ましい。炭素数8以上のアルキル基で置換されるとさらに望ましい。
【0015】
化合物Bは、非水電解質の質量(電解質塩、溶媒、ポリマーの合計質量)に対して1ppm以上含有させることが必要であり、10ppm以上が望ましく、20ppm以上がより望ましく、50ppm以上が最も望ましい。化合物Bが1ppmを下回ると、自己放電抑制効果が低下するからである。また、化合物Bは非水電解質の質量に対して10000ppm以下であることが必要であり、1000ppm以下がより望ましく、500ppm以下が最も望ましい。化合物Bが10000ppmを超えると電池特性が大きく低下するからである。
【0016】
また、化合物Aが非水電解質中に3質量%以上含有されて比較的多い場合には、化合物Bもこれにあわせて増やすことが望ましい。この場合、化合物Bは非水電解質の質量に対して、500ppm以上が望ましく、1000ppm以上がより望ましく、2000ppm以上が最も望ましい。化合物Aの量が増加するとそれに伴い自己放電が増加する傾向になるため、この自己放電をより効果的に抑制するためである。また、化合物Bは、非水電解質の質量に対して5000ppm以下であることが望ましい。電池特性の低下をより低く抑えるためである。
【0017】
また、本発明の非水二次電池は、前記非水電解質がハロゲン化芳香族化合物(以下、便宜上「化合物C」という。)を含有していることが好ましい。電池の安全性をより向上させることができるからである。化合物Cとしてはフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、クロロベンゼンあるいはシクロヘキシルベンゼン、イソプロピルベンゼン、tーブチルベンゼン、オクチルベンゼン、トルエン、キシレンの芳香族環にフッ素などのハロゲン基が結合したものが挙げられる。特にフッ素原子が結合した化合物Cを用いると安全性の向上と自己放電の抑制をより効果的に行うことができる。
【0018】
化合物Cは、非水電解質の質量(電解質塩、溶媒、ポリマーの合計質量)に対して1質量%以上含有させることが望ましく、2質量%以上がより望ましく、3質量%以上が最も望ましい。また、化合物Cは、非水電解質の質量に対して12質量%以下であることが望ましく、5質量%以下がより望ましく、4質量%以下が最も望ましい。添加量が多すぎると電池の電気特性が低下する傾向にあるからである。
【0019】
また、本発明の非水二次電池は、厚さが20μm以下のセパレータを使用することができる。従来、厚さが22μm以下のセパレータを用い、かつ非水電解質中に前記化合物Aを添加した場合には、充電貯蔵時の自己放電が大きくなる傾向にあり、特に厚さが20μm以下、さらに顕著には16μm以下のセパレータを用いた場合に自己放電現象が大きくなる傾向にあった、しかし、非水電解質の中に前記化合物Aと共に前記化合物Bを併用して添加することで自己放電を抑制できるようになり、厚さが20μm以下のセパレータを用いることができるようになった。
【0020】
セパレータの厚さは、高エネルギー密度化のためには薄い方が望ましく、一方で薄すぎると短絡しやすくなることから5μm以上が望ましく、9μm以上がより望ましく、15μm以上が最も望ましい。
【0021】
セパレータの透気度は、1000秒/100cm3以下が望ましく、700秒/100cm3以下がより望ましく、450秒/100cm3以下が最も望ましい。また、30秒/100cm3以上が望ましく、50秒/100cm3以上がより望ましく、80秒/100cm3以上が最も望ましい。セパレータの透気度が大きくなるにしたがって電池の電気特性が低下する傾向にあり、また小さくなるにしたがって電池の信頼性が低下し短絡等の可能性が生じるからである。
【0022】
セパレータの強度は長さ方向(MD方向)の引っ張り強度として700kgf/cm2以上が望ましく、1000kgf/cm2以上がより望ましく、1300kgf/cm2が最も望ましい。また、幅方向(TD方向)の引っ張り強度はMDに比べて小さいほうが望ましい。MD方向の引っ張り強度に対するTD方向の引っ張り強度の比(TD方向の引っ張り強度/MD方向の引っ張り強度)は、0.95以下が望ましく、0.9以下がより望ましく、0.85以下が最も望ましい。また0.5以上が望ましくは、0.7以上がより望ましく、0.8以上が最も望ましい。これはMD方向の強度を700kgf/cm2以上としTD方向の引っ張り強度をMD方向より小さくすることで、突き刺し強度を維持しながらTD方向の熱収縮を抑えられるからである。
【0023】
セパレータの熱収縮率は、5mmの厚さのガラス板でセパレータを上下にはさみ、150℃の恒温槽中に2時間静置して、TD方向の最も収縮した部分の長さと、元の長さの比を測定する。熱収縮率は30%以下が望ましく、10%以下がより望ましく、5%以下が最も望ましい。熱収縮率が大きすぎると加熱試験時に発熱しやすいからである。すなわち、熱収縮率が大きいと電池が110℃以上の高温になった場合に収縮しやすく、電極エッジ部分で短絡が起こり電池温度が上昇しやすくなるからである。熱収縮率が小さい場合には高温でも電極間の短絡が起こりにくく、発熱も発生しにくい。なお、熱収縮率を抑える方法としては、特開2001−172420号公報、特開平11−302436号公報に記載のようにポリオレフインセパレータの場合には124℃程度の温度で熱処理を行う方法がある。これにより熱収縮を低減することが可能であり、2段階以上の熱処理やTD方向の収縮をあわせて行うことによりさらに熱収縮を低減することができる。
【0024】
セパレータの突き刺し強度は300g以上が望ましく、350g以上がより望ましく、400g以上が最も望ましい。突き刺し強度が大きいほうが電池は短絡しにくいからである。ただし、通常はセパレータの材料によって突き刺し強度の上限値は制約を受け、例えば、ポリエチレンセパレータの場合は1000g程度が限界となる。
【0025】
また、本発明の非水二次電池は、電極および非水電解質の中にリチウム塩を含有し、かつ電極中のリチウム塩の濃度が非水電解質中のリチウム塩の濃度より高いことが好ましい。電極のイオン伝導性が高まり、電極の均一反応性が向上し、電池の安全性がより改善されるからである。リチウム塩としてはLiBF4、LiClO4などの無機塩やC4F9SO3Li,C8F17SO3Li,(C2F5SO2)2NLi、(CF3SO2)(C4F9SO2)NLi、(CF3SO2)3CLi、C6H5SO3Li、C17H35COOLi,などの有機リチウム塩があるが、熱安定性、安全性から有機リチウム塩が望ましい。
【0026】
本発明の正極を形成する正極活物質としては、例えば、充電時の開路電圧がLi基準で4V以上を示すLiCoO2、LiMn2 O4、 LiNiO2などのリチウム複合酸化物が好ましく用いられる。また、正極活物質は、Co、Ni、Mnの一部がそれぞれ別の元素に置換されていてもよく、また他の元素は正極活物質の結晶中に固溶せずに正極活物資の周りに局在していてもよい。さらに、正極活物質はGe、Ti、Ta,Nb,Ybの少なくとも一種の添加元素を含むことがより好ましい。この添加元素の含有量は、電極合剤内での正極活物質中のCo,Ni,Mnの各元素に対し0.001原子%以上、より望ましくは0.003原子%以上、最も望ましくは0.005原子%以上である。また3%以下が望ましく、より望ましくは1%以下、最も望ましくは0.5%以下である。
【0027】
また、前記正極活物質は0.4〜1.0m2/gの比表面積を有することが望ましい。また、その比表面積は0.5〜0.7m2/gの範囲内にあることがより望ましい。正極活物質の比表面積が、大きいと電池特性は良くなるが安全性が低下するからである。前記セパレータとの組み合わせでは、ある程度正極活物質の比表面積が大きくてもより安全に使用できる。また、前記正極の電極密度は、3.3g/cm3以上が好ましい。高エネルギー密度が得られるからである。
【0028】
これらの正極活物質に導電助剤やポリフッ化ビニリデンなどの結着剤などを適宜添加した合剤を用い、金属箔などの集電材料を芯材として成形体に仕上げて正極とする。正極導電剤としては炭素材料が望ましく、使用量は正極活物質に対して5質量%以下が望ましく、3質量%以下がより好ましい。また1.5質量%以上が望ましく、2質量%以上がより望ましい。
【0029】
ここで用いられる正極の集電体としては、例えばアルミニウムを主成分とする箔が好ましく用いられ、その純度は98%以上99.9%以下が望ましい。一般のリチウムイオン電池では、99.9%以上のアルミニウム箔が通常用いられているが、15μm以下の金属箔を使用する場合には、ある程度の強度を確保するために、純度が99.9質量%未満のアルミニウム箔を使用することが好ましい。
【0030】
アルミニウム以外に特に含有される金属元素として望ましいのは、鉄とシリコンである。鉄元素は0.5質量%以上含有されることが望ましく、0.7質量%以上がより望ましい。また、2質量%以下が望ましく、1.3質量%以下がより望ましい。シリコンは、0.1質量%以上含有されることが望ましく、0.2質量%以上がより望ましい。また、1.0質量%以下が望ましく、0.3%質量以下がより望ましい。
【0031】
アルミニウム箔からなる集電体として望ましい引っ張り強度は150N/mm2以上であり、180N/mm2以上がより望ましい。また、その破断伸びは2%以上が望ましく、3%以上がより望ましい。
【0032】
集電体の引張り強度や破断伸びが大きい方が望ましいのは、電極積層体単位体積当たりの放電電力量が大きくなるにつれて電極の充電時の膨張が大きくなり、集電体が切れやすくなる傾向にあるからであり、これを抑制する必要があるためである。
【0033】
負極に用いる材料としては、リチウムイオンをドープ、脱ドープできるものであればよく、たとえば、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、などの炭素質材料であればよい。また、Si、Sn,Inなどの合金あるいはLiに近い低電位で充放電できる酸化物あるいは窒化物などの化合物が望ましい。またこれらを混合したり、複合化させて使用することもできる。
【0034】
負極に炭素質材料を用いる場合、下記の特性を持つものが好ましい。すなわち、その(002)面の面間距離d002 に関しては、3.5Å以下が好ましく、3.45Å以下がより好ましく、3.4Å以下がさらに好ましい。またC軸方向の結晶子の大きさLcは30Å以上が好ましく、より好ましくは80Å以上、250Å以上がさらに好ましい。さらに、炭素質材料の平均粒径は8〜40μmが好ましく、特に10〜35μmが好ましく、その純度は99.5%以上が好ましい。また、前記炭素質材料を負極に用いる場合は、その電極密度を1.5g/cm3以上にするのが高容量化のためには望ましく、より望ましくは1.55g/cm3以上、最も望ましくは1.6g/cm3以上である。
【0035】
また、負極の集電体としては一般に銅箔が用いられ、電解銅箔が好ましく用いられる。
【0036】
本発明の非水電解質としては、非水系の液状電解質、ポリマー電解質のいずれも用い得る。非水系の液状電解質としては、リチウム塩などの電解質塩を有機溶媒に溶解させることによって調整された有機溶媒系の電解質(有機電解液)を好適に用いることができる。有機電解液に用いられる溶媒としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸メチルなどの鎖状のCOO−結合を有する有機溶媒または、リン酸トリメチルなどの鎖状リン酸トリエステルや1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,3−ジオキソラン(DO)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチル−テトラヒドロフラン(2Me−THF)、ジエチルエーテル(DEE)などが挙げられる。その他、アミンイミド系やスルホランなどのイオウ系有機溶媒なども用いることができる。この中でジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネートを用いることが望ましい。これらの溶媒の割合は、有機電解液の全溶媒中の90体積%未満が好ましく、より好ましくは80体積%以下、さらに70体積%以下が最も好ましい。また、放電特性の点からは40%以上が望ましく、50体積%以上がより望ましい、60%以上が最も望ましい。
【0037】
また、上記有機電解液にはポリエチレンオキサイドやポリメタクリル酸メチルなどのポリマーを含んでも良い。
【0038】
さらに上記有機電解液を構成する他の溶媒成分としては、エステルが好適に用いられる。中でも誘電率が高いエステル(誘電率30以上)を混合して用いることがより望ましい。誘電率が高いエステルとしては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ガンマーブチロラクトン(γ−BL)などと共に、エチレングリコールサルファイト(EGS)などのイオウ系エステルがあげられる。また、エステルとしては、特にエチレンカーボネート(EC)のような環状カーボネートが好ましい。
【0039】
上記高誘電率エステルの割合は、有機電解液の全溶媒中の80体積%未満が好ましく、より好ましくは50体積%以下、さらに35体積%以下が最も好ましい。また、放電特性の点からは1体積%以上が好ましく、10体積%以上がより好ましく、25体積%以上が最も好ましい。
【0040】
有機電解液の電解質塩としては、例えばLiClO4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiSbF6 、LiCF3SO3 、LiC4F9SO3 、LiCF3CO2 、Li2C2F4(SO3)2、LiN(RfSO2)(RfSO2) 、LiN(RfOSO2)(RfOSO2) 、LiC(Rf SO2)3 、LiCn F2n+1SO3(n≧2)、 LiN(RfOSO2)2[ここでRfはフルオロアルキル基] 、ポリマーイミドリチウム塩などが単独でまたは2種以上混合して用いられる。これらが電極表面の被膜中に取りこまれると、被膜にイオン伝導性を付与することができ、特にLiPF6と有機リチウム塩とを組み合わせる場合にその効果が強くなるので望ましい。有機電解液中における電解質塩の濃度は特に限定されるものではないが、1mol/dm3以上にすると安全性がより良くなるので望ましく、1.2mol/dm3 以上がさらに望ましい。また、1.7mol/dm3以下であると電気特性が良くなるので望ましく、1.5mol/dm3以下がさらに望ましい。
【0041】
また、ポリマーの支持体に電解質塩が支持された固体状のポリマー電解質や液状電解質をポリマーでゲル化したゲル状のポリマー電解質も、上記有機電解質として用いることができる。
【0042】
また、本発明の非水電解質にビニレンカーボネートなどの炭素−炭素二重結合(C=C)を環内に有する環状カーボネートを含有させた場合、さらに前記化合物Aを用いると自己放電がより大きくなるが、前記化合物Bを併存させることで、自己放電が抑制される。
【0043】
また、本発明の非水二次電池は、角型電池またはラミネート電池で効果が大きいが、円筒型電池、ボタン型電池、コイン型電池等の各種の電池形式にも適用可能である。
【0044】
また、本発明の非水二次電池が使用される電子機器には、携帯電話、ノートパソコン、PDA、小型医療機器などの持ち運び可能な携帯電子機器やバッテリーバックアップ機能付きOA電子機器、医療電子機器などがある。特に、搭載された非水二次電池が1C以上の電流で充電されることのある電子機器と本発明の非水二次電池との組み合わせが効果的であり、さらに2C以上で充電される電子機器との組み合わせがより好ましい。これらの電子機器では充電制御をはずし連続で過充電される場合、使われている電池の表面温度が110℃以上になることがあるが、本発明の非水二次電池を用いることで電池が発熱しても信頼性を確保でき、充電保護回路が機能しなくても機器を破損させることがない。また、通常の機器に22μm以下のセパレータを用いた電池が使用された場合、このような過充電で電池表面温度が110℃以上になるとセパレータの収縮が起こり、電極エッジ部で短絡が起こりやすくなって電池が発熱し、電子機器としても熱のダメージを受け易くなる。しかし、本発明の非水二次電池と組み合わせた電子機器では、このような不都合もなくなる。
【0045】
また、持ち運び可能な携帯電子機器と本発明の非水二次電池とを組み合わせると、高エネルギー密度の電池でも安全性を確保できるのでより効果的である。
【0046】
【実施例】
次に、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0047】
(実施例1)
エチレンカーボネート(EC)、メチルエチルカーボネート(MEC)とを体積比1:2の割合で混合し、この混合溶媒にLiPF6を1.2mol/dm3溶解させ、有機電解液を調整した。この有機電解液 90.5質量部に前記化合物Aとしてシクロヘキシルベンゼン(CB)を4質量部、前記化合物Bとしてフェニルーβ―ナフチルアミンを0.01質量部、前記化合物Cとしてフルオロベンゼン(FB)を3質量部、およびその他の添加剤として1,3−プロパンスルトン(PS)を2質量部、ビニレンカーボネート(VC)を0.5質量部をそれぞれ混合し、組成が1.2mol/dm3 LiPF6/EC:MEC(1:2)+CB4質量%+FB3質量%+PS2質量%+VC0.5質量%+フェニル−β−ナフチルアミン0.01質量%で示される有機電解液を調製した。
【0048】
これとは別に、正極活物質として比表面積0.5m2/gのLiCo0.995 Ge0.005O2 の組成からなるリチウム複合酸化物を準備し、この正極活物質97.9質量部に、導電助剤としてカーボンを2質量部、(C2F5SO2)2NLiの組成からなるリチウム塩を0.1質量部加えて混合し、この混合物と、ポリフッ化ビニリデンをN−メチルピロリドンに溶解させた溶液とを混合して正極合剤スラリーを調整した。この正極合剤スラリーをフイルター通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥し、その後、ローラプレス機により圧縮成形した後、切断し、リード体を溶接して、帯状の正極を作製した。なお、負極と対向しない部分は塗布を行わなかった。
【0049】
上記正極集電体として用いたアルミニウム箔には鉄が1質量%、シリコンが0.15質量%含まれており、アルミニウムの純度は98質量%以上であった。またこのアルミニウム箔の引っ張り強度は185N/mm2であった。ぬれ性は、38dyne/cm、破断伸びは3%であった。
【0050】
つぎに、d002 =3.35Å、平均粒径15μmの黒鉛系炭素材料99.9質量部と(C2F5SO2)2NLi 0.1質量部とを、フッ化ビニリデンをN−メチルピロリドンに溶解させた溶液と混合して負極合剤スラリーを調整した。この負極合剤スラリーをフイルター通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ10μmの帯状の銅箔からなる負極集電体に均一に塗付して乾燥し、その後、ローラプレス機により圧縮成形し、切断した後に乾燥し、リード体を溶接して帯状の負極を作製した。なお、電極での負極合剤塗布部は正極の塗布部より幅方向で1mm大きくなるようにし、かつ長手方向でも5mm程度大きくなるようにしたが、それ以外の巻回時に正極と対向しない負極部分には負極スラリーの塗布は行なわなかった。正極合剤スラリーの塗布部の大きさを負極合剤スラリーの塗布部の大きさより小さくすることによっても電池安全性は向上するからである。ここで、負極の電極密度は1.6g/cm3であった。
【0051】
厚さ16μm、透気度260秒/100ml、突き刺し強度410g、空孔率44%。MD方向の引っ張り強度1600kgf/cm2、MD方向の引っ張り強度1200kgf/cm2、150度・3時間後の熱収縮率24%の物性を有する微孔性ポリエチレンフィルムを準備した。次に、前記帯状の正極をこの微孔性ポリエチレンフィルムを介して前記帯状の負極に重ね、平板状に巻回して電極積層体とした。その後、テープ止めした後、その電極積層体を外寸厚さ(奥行き)4mm、幅30mm、高さ48mmのアルミニウム合金製の電池ケースに挿入し、リード体の溶接と、封口用の蓋板を電池ケースの開口部へレーザー溶接した。
【0052】
最後に、前記有機電解液を電池ケース内に注入し、有機電解液がセパレータなどに充分に浸透した後、封止し、予備充電、エイジングを行い、図1に示すような構造の角型の本発明の非水二次電池を作製した。その容量は600mAhである。
【0053】
図1は本発明に係わる非水二次電池の一例を模式的に示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその部分縦断面図である。図1において、正極1と負極2は前述のようにセパレータ3を介して渦巻き状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極積層体6として、角形の電池ケース4に前記有機電解液とともに収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液等は図示していない。
【0054】
電池ケース4はアルミニウム合金で形成され、電池の外装材となるものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。また、電池ケース4の底部にはポリテトラフルオロエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、前記正極1,負極2およびセパレータ3からなる扁平状巻回構造の電極積層体6からは正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の蓋板9には、ポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス製のリード板13が取り付けられている。さらに、この蓋板9は上記電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。
【0055】
この電池を室温で0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。
【0056】
なお、より安全性を発揮するためには電解液量が適切な範囲にあることが望ましい。単位放電容量あたりの望ましい電解液量としてはは2cm3/Ah以上が望ましく、2.3cm3/Ah以上がより望ましく2.5cm3/Ah以上が最も望ましい。また、3.5cm3/Ah以下が望ましく、3.1cm3/Ah以下がより望ましく、2.9/Ah以下が最も望ましい。本実施例では2.7cm3/Ahであった。
【0057】
(実施例2)
フェニル−β−ナフチルアミンのかわりに2,4−ジメチル−6−t−ブチルアミンを用いた以外は実施例1と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。
【0058】
この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0059】
(実施例3)
FBを電解液に用いなかった以外は実施例1と同様に600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。
【0060】
この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。次いで0.12A(0.2C)で3Vまで放電した、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0061】
(実施例4)
フェニル−β−ナフチルアミン0.01質量部のかわりにジフェニルスルフィドを0.05質量部用いた以外は実施例1と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。
【0062】
この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0063】
(実施例5)
ジフェニルスルフィドのかわりにC6H5−S―C4H9を用いた以外は実施例4と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0064】
(実施例6)
FBを電解液に用いなかった以外は実施例4と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0065】
(実施例7)
フェニル−β−ナフチルアミンのかわりにトリフェニルホスファイトを用いた以外は実施例1と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。
【0066】
この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0067】
(実施例8)
トリフェニルホスファイトのかわりにジフェニルブチルホスファイトを用いた以外は実施例7と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0068】
(実施例9)
FBを電解液に用いなかった以外は実施例7と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0069】
(実施例10)
フェニル−β−ナフチルアミンのかわりに2,5−ジ−t−オクチルハイドロキノンを用いた以外は実施例1と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。
【0070】
この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0071】
(実施例11)
2,5−ジ−t−オクチルハイドロキノンのかわりに2,6−ジーn−ドデシル−ハイドロキノンを用いた以外は実施例10と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0072】
(実施例12)
FBを電解液に用いなかった以外は実施例10と同様にして600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。充電終了時の正極の電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。また、単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0073】
(比較例1)
電解液としてCBを用いなかった以外は、実施例1と同様に600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。また、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0074】
(比較例2)
電解液としてCBを用いなかった以外は、実施例4と同様に600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。また、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0075】
(比較例3)
電解液としてCBを用いなかった以外は、実施例7と同様に600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。また、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0076】
(比較例4)
電解液としてCBを用いなかった以外は、実施例10と同様に600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。また、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0077】
(比較例5)
電解液にフェニルーβ―ナフチルアミンを加えなかった以外は、実施例1と同様に600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。また、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0078】
(比較例6)
電解液にフェニルーβ―ナフチルアミンを加えず、ビニレンカーボネートも加えなかった以外は、実施例1と同様に600mAhの本発明の非水二次電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。また、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0079】
(比較例7)
電解液にフェニルーβ―ナフチルアミンを加えず、セパレータとして27ミクロンセパレータ(透気度、90秒/100ml、突き刺し強度440g、空孔率50%。セパレータの強度は長さ方向引っ張り強度として1650kgf/cm2、幅方向(TD)引っ張り強度は260kgf/cm2、熱収縮率は、150度3時間での幅方向の収縮が 28%)を用いた以外は、実施例1と同様に電池を作製した。この電池を0.12A(0.2C)の電流値で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電し、さらに4.2Vの定電圧充電を行って充電開始後7時間経過時点で充電を終了した。また、充電時の正極電位はリチウム基準でおよそ4.3Vであった。単位放電容量あたりの電解液量は2.7cm3/Ahであった。
【0080】
実施例1―12及び比較例1−7の電池を1Cで4.2Vまで充電し、その後4.2V定電圧充電を3時間行い、1Cで3Vまで放電し、放電容量を測定(Q1)後、同様に4.2Vまで充電した後、60℃で20日貯蔵し、取り出して12時間経過後に1Cで3Vまで放電し貯蔵後の放電容量Q2を測定し、最初の容量に対する貯蔵後容量低下率(%:(Q1−Q2)/Q1*100)を測定した、また各5個を、0.6Aで5.5Vまで充電し、電池表面温度が130℃を越えた電池の割合と最高温度を調べた。それぞれの結果を表1に示した。
【0081】
【表1】
【0082】
※ ただし、比較例7は厚み27μmのセパレータ使用
【0083】
実施例1〜12の電池は、非水電解質中に芳香族環にアルキル基が結合した非イオン性化合物とアミン系芳香族、スルフィド系芳香族またはR−SLiで示される(Rはアリル基など芳香族を含む置換基)芳香族、ホスファイト系芳香族、キノン系芳香族を用いることで、安全性と自己放電抑制の両方が達成できた。
【0084】
一方、比較例1〜7の電池は、安全性の確保または自己放電の抑制のいずれかが達成できなかった。
【0085】
次に、本発明の実施例1、4、7,10と比較例1〜4の電池を携帯電話の電源として用い、保護回路や充電回路が破損した場合を想定して、保護回路、PTC、電圧制御回路を機能しなくしてから0.6A(1.0C)の電流で電源電圧12Vまで充電し、その後5.5Vで定電圧充電を行った。その結果、比較例1〜4の電池を用いた携帯機器ではいずれの電流値でも最高電池表面温度が20℃以上高くなっており、特に1Aの場合は機器の破損もあった。この実験では保護回路、PTC、電圧制御回路を機能しないようにしたがそれぞれの保護機能を付加することで携帯電子機器の信頼性がさらに向上することは言うまでもない。
【0086】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明は、正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、前記非水電解質が、芳香族環にアルキル基が結合した非イオン性化合物を0.5〜15質量%含有し、かつアミン系芳香族、スルフィド系芳香族またはR−SLiで示される(Rはアリル基など芳香族を含む置換基)芳香族、ホスファイト系芳香族、キノン系芳香族を1〜10000ppm含有している非水二次電池とすることにより、安全性の確保と自己放電抑制とを両立させた非水二次電池およびそれを用いた電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非水二次電池の一例を模式的に示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその部分縦断面図である。
【符号の説明】
1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 電池ケース
5 絶縁体
6 電極積層体
7 正極リード体
8 負極リード体
9 蓋板
10 絶縁パッキング
11 端子
12 絶縁体
13 リード板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous secondary battery having excellent safety and low self-discharge, and an electronic device using the same.
[0002]
[Prior art]
Non-aqueous secondary batteries typified by lithium ion batteries tend to be increasingly demanded because of their large capacity, high voltage, high energy density and high output. The safety of the battery tends to decrease with the increase in the capacity of the battery, and it is becoming increasingly important to ensure the safety of the battery and the electronic device using the battery. Recently, additives such as cyclohexylbenzene have been proposed to ensure the safety of batteries. For example, JP-A-5-036439, JP-A-10-275632, JP-A-2001-015155, JP-A-2000-215909, JP-A-2001-15158 and the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
At present, it has been found that non-aqueous secondary batteries can be used more safely by using these additives. However, the use of these additives has the problem of increasing self-discharge during charge storage.
[0004]
Then, the present inventors examined the effects of various additives and members in order to suppress self-discharge while improving safety. As a result, they have developed a non-aqueous secondary battery that can achieve both safety and suppression of self-discharge. Further, it was found that the self-discharge phenomenon was greatly affected by the thickness of the separator and the like, and the present inventors examined these effects in detail.
[0005]
The present invention provides a non-aqueous secondary battery that achieves both safety and suppression of self-discharge, and an electronic device using the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A non-aqueous secondary battery of the present invention is a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte contains a non-ionic compound having an alkyl group bonded to an aromatic ring. A non-aqueous secondary battery containing 0.5 to 15% by mass and containing 1 to 10000 ppm of an amine-based aromatic, sulfide-based aromatic, phosphite-based aromatic, or quinone-based aromatic. I do.
[0007]
Further, an electronic device of the present invention is an electronic device provided with the non-aqueous secondary battery, wherein the non-aqueous secondary battery is sometimes charged with a current of 1 C or more.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Further, the present invention is a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte contains a nonionic compound having an alkyl group bonded to an aromatic ring in an amount of 0.5 to 15 mass%. %, And 1 to 10000 ppm of an amine-based aromatic, a sulfide-based aromatic, a phosphite-based aromatic, or a quinone-based aromatic.
[0009]
The present invention includes a non-aqueous electrolyte containing a non-ionic compound having an alkyl group bonded to an aromatic ring and an amine-based aromatic or sulfide-based aromatic or phosphite-based aromatic or quinone-based aromatic. Thus, a non-aqueous secondary battery can be provided that ensures both safety such as suppression of heat generation of the battery and suppression of self-discharge.
[0010]
Examples of the nonionic compound having an alkyl group bonded to an aromatic ring (hereinafter referred to as “compound A” for convenience) used in the present invention include, for example, cyclohexylbenzene, isopropylbenzene, t-butylbenzene, octylbenzene, toluene, xylene and the like. Among them, a compound in which an alkyl group having 4 or more carbon atoms is bonded to a benzene ring, or a compound in which a saturated aliphatic ring is bonded to a benzene ring is particularly effective and preferable for improving safety. Among them, cyclohexylbenzene is most desirable.
[0011]
Compound A needs to be contained in an amount of 0.5% by mass or more based on the mass of the nonaqueous electrolyte (total mass of the electrolyte salt, the solvent, and the polymer), more preferably 2% by mass or more, and 4% by mass or more. Most desirable. This is because if the amount of the compound A is less than 0.5% by mass, the effect of suppressing heat generation is reduced. Further, the compound A needs to be 15% by mass or less based on the mass of the nonaqueous electrolyte, more preferably 10% by mass or less, and most preferably 8% or less. This is because when the amount of the compound A exceeds 15% by mass, the self-discharge of the battery increases.
[0012]
In the present invention, together with compound A, an amine-based aromatic, sulfide-based aromatic or R-SLi (R is a substituent containing an aromatic group such as an allyl group) aromatic, phosphite-based aromatic, quinone-based aromatic (Hereinafter, referred to as “compound B” for convenience). Examples of the amine-based aromatic compound B include phenyl-β-naphthylamine, triphenylamine, and R1R2R3N (R1-3 is an allyl group or an alkyl group and at least one is an allyl group).
[0013]
Further, as a sulfide compound or a compound represented by R-SLi (R is a substituent containing an aromatic group such as an allyl group), R1-S-R2, R-S-Li (R1 and R2 are at least one of Is an aromatic group, and R is a substituent containing an aromatic group such as an allyl group) Specific examples include diphenyl sulfide, phenylbutyl sulfide, and C6H5-S-Li. The phosphite-based aromatic is represented by (R1O) (R2O) (R3O) P (R1 to R3 are an aromatic group such as an alkyl group or a phenyl group, and at least one is an aromatic group). Specific examples include phenyldiisoalkyl (C1 to C10) phosphite, diphenylisoalkyl (C1 to C10) phosphite, and triphenyl phosphite.
[0014]
Further, quinone-based aromatics include 2,6-di-t-octylhydroquinone, 2,6-di-n-dodecyl-hydroquinone, 2-n-dodecyl-5-chlorohydroquinone, and 2-t-octyl-5. And hydroquinone-based compounds such as methyl-hydroquinone, and a compound in which the 2- or 6-position is substituted with an alkyl group or an alkylene group is desirable. It is more desirable that the alkyl group is substituted by an alkyl group having 8 or more carbon atoms.
[0015]
It is necessary that the compound B is contained in an amount of 1 ppm or more based on the mass of the nonaqueous electrolyte (total mass of the electrolyte salt, the solvent, and the polymer), preferably 10 ppm or more, more preferably 20 ppm or more, and most preferably 50 ppm or more. If the content of Compound B is less than 1 ppm, the self-discharge suppressing effect is reduced. It is necessary that the content of the compound B is 10000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less, most preferably 500 ppm or less based on the mass of the non-aqueous electrolyte. If the compound B exceeds 10,000 ppm, the battery characteristics are significantly reduced.
[0016]
Further, when compound A is contained in the non-aqueous electrolyte in an amount of 3% by mass or more and is relatively large, it is desirable to increase compound B accordingly. In this case, the content of the compound B is preferably 500 ppm or more, more preferably 1000 ppm or more, and most preferably 2000 ppm or more, based on the mass of the non-aqueous electrolyte. This is because the self-discharge tends to increase with an increase in the amount of the compound A, so that this self-discharge is more effectively suppressed. Further, the content of the compound B is preferably 5000 ppm or less based on the mass of the non-aqueous electrolyte. This is for suppressing the deterioration of the battery characteristics to be lower.
[0017]
In the nonaqueous secondary battery of the present invention, it is preferable that the nonaqueous electrolyte contains a halogenated aromatic compound (hereinafter, referred to as “compound C” for convenience). This is because the safety of the battery can be further improved. Compound C includes fluorobenzene, difluorobenzene, trifluorobenzene, chlorobenzene, or a compound in which a halogen group such as fluorine is bonded to an aromatic ring of cyclohexylbenzene, isopropylbenzene, t-butylbenzene, octylbenzene, toluene, or xylene. In particular, when the compound C to which a fluorine atom is bonded is used, safety can be improved and self-discharge can be more effectively suppressed.
[0018]
Compound C is preferably contained in an amount of 1% by mass or more based on the mass of the non-aqueous electrolyte (total mass of the electrolyte salt, the solvent, and the polymer), more preferably 2% by mass or more, and most preferably 3% by mass or more. The content of the compound C is preferably 12% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and most preferably 4% by mass or less based on the mass of the non-aqueous electrolyte. This is because if the amount is too large, the electrical characteristics of the battery tend to deteriorate.
[0019]
Further, the non-aqueous secondary battery of the present invention can use a separator having a thickness of 20 μm or less. Conventionally, when a separator having a thickness of 22 μm or less is used and the compound A is added to a non-aqueous electrolyte, self-discharge at the time of charging and storing tends to be large, and particularly, the thickness is 20 μm or less, more remarkable. Tended to increase the self-discharge phenomenon when a separator of 16 μm or less was used. However, self-discharge can be suppressed by adding the compound A together with the compound A in a non-aqueous electrolyte. As a result, a separator having a thickness of 20 μm or less can be used.
[0020]
The thickness of the separator is desirably thin for high energy density. On the other hand, if the thickness is too small, short-circuiting is likely to occur. Therefore, the thickness is preferably 5 μm or more, more preferably 9 μm or more, and most preferably 15 μm or more.
[0021]
The air permeability of the separator is 1000 seconds / 100 cm 3 The following is desirable, 700 seconds / 100 cm 3 The following is more desirable, 450 seconds / 100 cm 3 The following are most desirable. In addition, 30 seconds / 100cm 3 The above is desirable, 50 seconds / 100 cm 3 The above is more desirable, 80 seconds / 100 cm 3 The above is most desirable. This is because as the air permeability of the separator increases, the electric characteristics of the battery tend to decrease, and as the air permeability of the separator decreases, the reliability of the battery decreases and a possibility of a short circuit or the like occurs.
[0022]
The separator has a tensile strength of 700 kgf / cm in the machine direction (MD direction). 2 More preferably, 1000 kgf / cm 2 The above is more desirable, 1300kgf / cm 2 Is most desirable. Further, it is desirable that the tensile strength in the width direction (TD direction) is smaller than that of MD. The ratio of the tensile strength in the TD direction to the tensile strength in the MD direction (tensile strength in the TD direction / tensile strength in the MD direction) is preferably 0.95 or less, more preferably 0.9 or less, and most preferably 0.85 or less. . Further, 0.5 or more is desirable, 0.7 or more is more desirable, and 0.8 or more is most desirable. This increases the strength in the MD direction to 700 kgf / cm 2 By making the tensile strength in the TD direction smaller than that in the MD direction as described above, thermal contraction in the TD direction can be suppressed while maintaining the piercing strength.
[0023]
The heat shrinkage of the separator is determined by holding the separator up and down with a 5 mm thick glass plate, leaving it in a thermostat at 150 ° C. for 2 hours, and the length of the most shrunk part in the TD direction and the original length Measure the ratio of The heat shrinkage is preferably 30% or less, more preferably 10% or less, and most preferably 5% or less. If the heat shrinkage is too large, heat is easily generated during the heating test. That is, if the heat shrinkage rate is large, the battery is likely to shrink when the temperature reaches 110 ° C. or higher, and a short circuit occurs at the electrode edge portion, so that the battery temperature tends to increase. When the heat shrinkage is small, short-circuiting between the electrodes hardly occurs even at a high temperature, and heat is hardly generated. As a method of suppressing the heat shrinkage, there is a method of performing heat treatment at a temperature of about 124 ° C. in the case of a polyolefin separator as described in JP-A-2001-172420 and JP-A-11-302436. This makes it possible to reduce heat shrinkage, and it is possible to further reduce heat shrinkage by performing heat treatment in two or more stages and shrinkage in the TD direction.
[0024]
The piercing strength of the separator is preferably 300 g or more, more preferably 350 g or more, and most preferably 400 g or more. This is because a battery with a higher piercing strength is less likely to cause a short circuit. However, the upper limit of the piercing strength is usually restricted by the material of the separator, and for example, in the case of a polyethylene separator, the limit is about 1000 g.
[0025]
Further, the nonaqueous secondary battery of the present invention preferably contains a lithium salt in the electrode and the nonaqueous electrolyte, and the concentration of the lithium salt in the electrode is preferably higher than the concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte. This is because the ionic conductivity of the electrode is increased, the uniform reactivity of the electrode is improved, and the safety of the battery is further improved. LiBF as lithium salt 4 , LiClO 4 Inorganic salts such as C 4 F 9 SO 3 Li, C 8 F 17 SO 3 Li, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, C 6 H 5 SO 3 Li, C 17 H 35 Although there are organic lithium salts such as COOLi, an organic lithium salt is desirable in terms of thermal stability and safety.
[0026]
As the positive electrode active material forming the positive electrode of the present invention, for example,
[0027]
The positive electrode active material is 0.4 to 1.0 m. 2 / G of specific surface area. The specific surface area is 0.5-0.7m 2 / G is more preferable. If the specific surface area of the positive electrode active material is large, the battery characteristics are improved, but the safety is reduced. In combination with the separator, even if the specific surface area of the positive electrode active material is relatively large, it can be used more safely. The electrode density of the positive electrode is preferably 3.3 g / cm3 or more. This is because a high energy density can be obtained.
[0028]
A mixture obtained by appropriately adding a conductive additive or a binder such as polyvinylidene fluoride to these positive electrode active materials is used, and a current collector material such as a metal foil is used as a core material to finish a molded body to form a positive electrode. As the positive electrode conductive agent, a carbon material is desirable, and the use amount is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less based on the positive electrode active material. Further, it is desirably 1.5% by mass or more, and more desirably 2% by mass or more.
[0029]
As the current collector of the positive electrode used here, for example, a foil containing aluminum as a main component is preferably used, and its purity is desirably 98% or more and 99.9% or less. In a general lithium-ion battery, 99.9% or more of aluminum foil is usually used. However, when a metal foil of 15 μm or less is used, the purity is 99.9 mass% in order to secure a certain strength. % Aluminum foil is preferably used.
[0030]
Desirable metal elements particularly contained in addition to aluminum are iron and silicon. The iron element is desirably contained in an amount of 0.5% by mass or more, and more desirably 0.7% by mass or more. Further, it is desirably 2% by mass or less, and more desirably 1.3% by mass or less. Silicon is desirably contained in an amount of 0.1% by mass or more, and more desirably 0.2% by mass or more. Further, the content is preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or less.
[0031]
Desirable tensile strength of current collector made of aluminum foil is 150 N / mm 2 180 N / mm 2 The above is more desirable. The breaking elongation is preferably 2% or more, more preferably 3% or more.
[0032]
It is preferable that the tensile strength and elongation at break of the current collector are large because the amount of discharge power per unit volume of the electrode laminate increases and the expansion during charging of the electrode increases, and the current collector tends to break. This is because it is necessary to suppress this.
[0033]
The material used for the negative electrode may be any material capable of doping and undoping lithium ions. Examples of the material include natural graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, and mesocarbon micro-carbons. Any carbonaceous material such as beads, carbon fibers, activated carbon, etc. may be used. Further, an alloy such as Si, Sn, In, or a compound such as an oxide or a nitride that can be charged and discharged at a low potential close to Li is desirable. Further, these can be mixed or compounded for use.
[0034]
When a carbonaceous material is used for the negative electrode, one having the following characteristics is preferable. That is, the inter-plane distance d002 of the (002) plane is preferably 3.5 ° or less, more preferably 3.45 ° or less, and even more preferably 3.4 ° or less. The crystallite size Lc in the C-axis direction is preferably 30 ° or more, more preferably 80 ° or more, and further preferably 250 ° or more. Further, the average particle size of the carbonaceous material is preferably 8 to 40 μm, particularly preferably 10 to 35 μm, and the purity thereof is preferably 99.5% or more. When the carbonaceous material is used for a negative electrode, the electrode density is 1.5 g / cm. 3 The above is desirable for increasing the capacity, more preferably 1.55 g / cm 3 Above, most preferably 1.6 g / cm 3 That is all.
[0035]
In addition, a copper foil is generally used as the current collector of the negative electrode, and an electrolytic copper foil is preferably used.
[0036]
As the non-aqueous electrolyte of the present invention, any of a non-aqueous liquid electrolyte and a polymer electrolyte can be used. As the non-aqueous liquid electrolyte, an organic solvent-based electrolyte (organic electrolyte) prepared by dissolving an electrolyte salt such as a lithium salt in an organic solvent can be suitably used. Examples of the solvent used for the organic electrolyte include organic solvents having a chain COO-bond such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and methyl propionate; and chain phosphate triesters such as trimethyl phosphate; , 2-dimethoxyethane (DME), 1,3-dioxolane (DO), tetrahydrofuran (THF), 2-methyl-tetrahydrofuran (2Me-THF), diethyl ether (DEE) and the like. In addition, a sulfur organic solvent such as an amine imide or a sulfolane may be used. Among them, it is desirable to use a chain carbonate such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate. The proportion of these solvents is preferably less than 90% by volume, more preferably 80% by volume or less, and most preferably 70% by volume or less in the total solvent of the organic electrolyte. In addition, from the viewpoint of discharge characteristics, 40% or more is desirable, 50% by volume or more is more desirable, and 60% or more is most desirable.
[0037]
Further, the organic electrolyte may contain a polymer such as polyethylene oxide or polymethyl methacrylate.
[0038]
Further, as the other solvent component constituting the organic electrolyte, an ester is suitably used. Among them, it is more preferable to use a mixture of an ester having a high dielectric constant (dielectric constant of 30 or more). Examples of the ester having a high dielectric constant include, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), gamma-butyrolactone (γ-BL), and sulfur-based esters such as ethylene glycol sulfite (EGS). can give. Further, as the ester, a cyclic carbonate such as ethylene carbonate (EC) is particularly preferable.
[0039]
The ratio of the high dielectric constant ester is preferably less than 80% by volume, more preferably 50% by volume or less, and most preferably 35% by volume or less in the total solvent of the organic electrolytic solution. From the viewpoint of discharge characteristics, the content is preferably 1% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, and most preferably 25% by volume or more.
[0040]
Examples of the electrolyte salt of the organic electrolyte include LiClO. 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (RfSO 2 ) (RfSO 2 ), LiN (RfOSO) 2 ) (RfOSO 2 ), LiC (Rf SO 2 ) 3 , LiCn F 2n + 1 SO 3 (N ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [Where Rf is a fluoroalkyl group], a polymer imide lithium salt or the like is used alone or in combination of two or more. When these are incorporated into the coating on the electrode surface, they can impart ionic conductivity to the coating, and particularly, LiPF 6 When an organic lithium salt is combined with the organic lithium salt, the effect is enhanced. The concentration of the electrolyte salt in the organic electrolyte is not particularly limited, but may be 1 mol / dm. 3 The above is preferable because the safety is improved, and is preferably 1.2 mol / dm. 3 The above is more desirable. In addition, 1.7 mol / dm 3 It is desirable that the content be less than 1.5 because electric characteristics are improved. 3 The following is more desirable.
[0041]
Further, a solid polymer electrolyte in which an electrolyte salt is supported on a polymer support or a gel polymer electrolyte obtained by gelling a liquid electrolyte with a polymer can also be used as the organic electrolyte.
[0042]
Further, when the non-aqueous electrolyte of the present invention contains a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond (C = C) in a ring such as vinylene carbonate, the self-discharge becomes larger when the compound A is further used. However, by causing the compound B to coexist, self-discharge is suppressed.
[0043]
The non-aqueous secondary battery of the present invention has a great effect in a square battery or a laminated battery, but can be applied to various battery types such as a cylindrical battery, a button battery, and a coin battery.
[0044]
In addition, electronic devices using the non-aqueous secondary battery of the present invention include portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, PDAs, and small medical devices, OA electronic devices with a battery backup function, and medical electronic devices. and so on. In particular, a combination of an electronic device in which the mounted non-aqueous secondary battery can be charged with a current of 1 C or more and the non-aqueous secondary battery of the present invention is effective. Combinations with equipment are more preferred. In these electronic devices, when the charge control is removed and the battery is continuously overcharged, the surface temperature of the battery used may be 110 ° C. or higher. However, by using the non-aqueous secondary battery of the present invention, the battery becomes Even if heat is generated, reliability can be ensured, and even if the charge protection circuit does not function, the device will not be damaged. In addition, when a battery using a separator of 22 μm or less is used in a normal device, when the battery surface temperature becomes 110 ° C. or more due to such overcharging, the separator shrinks, and a short circuit easily occurs at an electrode edge portion. As a result, the battery generates heat and the electronic device is easily damaged by heat. However, such an inconvenience is eliminated in an electronic device combined with the non-aqueous secondary battery of the present invention.
[0045]
In addition, when a portable electronic device that is portable and the non-aqueous secondary battery of the present invention are combined, safety can be ensured even with a battery having a high energy density, which is more effective.
[0046]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to only these examples.
[0047]
(Example 1)
Ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) were mixed at a volume ratio of 1: 2, and LiPF was added to the mixed solvent. 6 To 1.2 mol / dm 3 The organic electrolyte solution was adjusted by dissolving. In 90.5 parts by mass of the organic electrolyte, 4 parts by mass of cyclohexylbenzene (CB) as the compound A, 0.01 part by mass of phenyl-β-naphthylamine as the compound B, and 3 parts of fluorobenzene (FB) as the
[0048]
Separately, the specific surface area is 0.5 m as the positive electrode active material. 2 / G LiCo 0.995 Ge 0.005 O 2 Is prepared, and 97.9 parts by mass of this positive electrode active material is mixed with 2 parts by mass of carbon as a conductive auxiliary, and (C 2 F 5 SO 2 ) 2 0.1 parts by mass of a lithium salt having a composition of NLi was added and mixed, and this mixture was mixed with a solution of polyvinylidene fluoride dissolved in N-methylpyrrolidone to prepare a positive electrode mixture slurry. After the positive electrode mixture slurry was passed through a filter to remove large pieces, the slurry was uniformly applied to both sides of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then subjected to compression molding by a roller press. Then, the lead body was cut and welded to produce a belt-shaped positive electrode. The portion not facing the negative electrode was not coated.
[0049]
The aluminum foil used as the positive electrode current collector contained 1% by mass of iron and 0.15% by mass of silicon, and the purity of aluminum was 98% by mass or more. The tensile strength of this aluminum foil was 185 N / mm2. The wettability was 38 dyne / cm, and the elongation at break was 3%.
[0050]
Next, 99.9 parts by mass of a graphite-based carbon material having d002 = 3.35 ° and an average particle size of 15 μm were added to 2 F 5 SO 2 ) 2 0.1 parts by mass of NLi was mixed with a solution of vinylidene fluoride dissolved in N-methylpyrrolidone to prepare a negative electrode mixture slurry. After passing the negative electrode mixture slurry through a filter to remove large pieces, the slurry was uniformly applied to a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and then compression-molded by a roller press. After cutting, it was dried, and the lead body was welded to produce a strip-shaped negative electrode. The negative electrode mixture applied portion of the electrode was made to be 1 mm wider in the width direction than the coated portion of the positive electrode and about 5 mm larger in the longitudinal direction, but the negative electrode portion not facing the positive electrode during other windings Was not coated with the negative electrode slurry. This is because battery safety is also improved by making the size of the application portion of the positive electrode mixture slurry smaller than the size of the application portion of the negative electrode mixture slurry. Here, the electrode density of the negative electrode is 1.6 g / cm. 3 Met.
[0051]
Thickness 16 μm, air permeability 260 sec / 100 ml, piercing strength 410 g, porosity 44%. MD direction tensile strength 1600kgf / cm 2 A microporous polyethylene film having a tensile strength in the MD direction of 1200 kgf /
[0052]
Finally, the organic electrolytic solution is injected into the battery case, and after the organic electrolytic solution has sufficiently permeated into the separator and the like, sealing, pre-charging and aging are performed, and a rectangular prism having a structure as shown in FIG. A non-aqueous secondary battery of the present invention was produced. Its capacity is 600 mAh.
[0053]
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically showing an example of a non-aqueous secondary battery according to the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is a partial longitudinal sectional view thereof. In FIG. 1, the positive electrode 1 and the
[0054]
The battery case 4 is formed of an aluminum alloy and serves as a battery exterior material. The battery case 4 also serves as a positive electrode terminal. An insulator 5 made of a polytetrafluoroethylene sheet is arranged at the bottom of the battery case 4, and a positive electrode 1 and a negative electrode are formed from an
[0055]
The battery was charged at a constant current at room temperature with a current value of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and then a constant voltage charge of 4.2 V was performed. Charging was finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium.
[0056]
In order to exhibit more safety, it is desirable that the amount of the electrolyte is in an appropriate range. The desired amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2 cm 3 / Ah or more is desirable and 2.3 cm 3 / Ah or more is more desirable 2.5 cm 3 / Ah or more is most desirable. In addition, 3.5cm 3 / Ah or less is desirable, and 3.1 cm 3 / Ah or less is more desirable, and 2.9 / Ah or less is most desirable. In this embodiment, 2.7 cm 3 / Ah.
[0057]
(Example 2)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that 2,4-dimethyl-6-t-butylamine was used instead of phenyl-β-naphthylamine.
[0058]
This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0059]
(Example 3)
A non-aqueous secondary battery of 600 mAh according to the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that FB was not used for the electrolytic solution.
[0060]
This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. Next, the battery was discharged to 3 V at 0.12 A (0.2 C). The positive electrode potential at the time of charging was about 4.3 V on the basis of lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm 3 / Ah.
[0061]
(Example 4)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1, except that 0.05 parts by mass of diphenyl sulfide was used instead of 0.01 parts by mass of phenyl-β-naphthylamine.
[0062]
This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0063]
(Example 5)
C instead of diphenyl sulfide 6 H 5 -SC 4 H 9 A non-aqueous secondary battery of the present invention having a capacity of 600 mAh was prepared in the same manner as in Example 4 except for using. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0064]
(Example 6)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 4, except that FB was not used for the electrolytic solution. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0065]
(Example 7)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that triphenyl phosphite was used instead of phenyl-β-naphthylamine.
[0066]
This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0067]
(Example 8)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 7, except that diphenylbutyl phosphite was used instead of triphenyl phosphite. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0068]
(Example 9)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 7, except that FB was not used for the electrolytic solution. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0069]
(Example 10)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1, except that 2,5-di-t-octylhydroquinone was used instead of phenyl-β-naphthylamine.
[0070]
This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0071]
(Example 11)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 10, except that 2,6-di-n-dodecyl-hydroquinone was used instead of 2,5-di-t-octylhydroquinone. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0072]
(Example 12)
A non-aqueous secondary battery of 600 mAh of the present invention was produced in the same manner as in Example 10 except that FB was not used for the electrolytic solution. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. At the end of charging, the potential of the positive electrode was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm. 3 / Ah.
[0073]
(Comparative Example 1)
A non-aqueous secondary battery of the present invention having a capacity of 600 mAh was prepared in the same manner as in Example 1 except that CB was not used as the electrolytic solution. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. The positive electrode potential at the time of charging was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm 3 / Ah.
[0074]
(Comparative Example 2)
A non-aqueous secondary battery of the present invention having a capacity of 600 mAh was prepared in the same manner as in Example 4, except that CB was not used as the electrolytic solution. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. The positive electrode potential at the time of charging was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm 3 / Ah.
[0075]
(Comparative Example 3)
A non-aqueous secondary battery of the present invention having a capacity of 600 mAh was prepared in the same manner as in Example 7, except that CB was not used as the electrolytic solution. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. The positive electrode potential at the time of charging was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm 3 / Ah.
[0076]
(Comparative Example 4)
A non-aqueous secondary battery of 600 mAh was prepared in the same manner as in Example 10, except that CB was not used as the electrolyte. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. The positive electrode potential at the time of charging was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm 3 / Ah.
[0077]
(Comparative Example 5)
A non-aqueous secondary battery of the present invention having a capacity of 600 mAh was prepared in the same manner as in Example 1, except that phenyl-β-naphthylamine was not added to the electrolytic solution. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. The positive electrode potential at the time of charging was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm 3 / Ah.
[0078]
(Comparative Example 6)
A 600 mAh non-aqueous secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1, except that phenyl-β-naphthylamine was not added to the electrolytic solution and vinylene carbonate was not added. This battery was charged at a constant current of 0.12 A (0.2 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and was further charged at a constant voltage of 4.2 V, and was charged 7 hours after the start of charging. finished. The positive electrode potential at the time of charging was about 4.3 V based on lithium. The amount of electrolyte per unit discharge capacity is 2.7 cm 3 / Ah.
[0079]
(Comparative Example 7)
No phenyl-β-naphthylamine was added to the electrolyte, and a 27-micron separator (air permeability, 90 seconds / 100 ml, piercing strength 440 g, porosity 50%. A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the tensile strength in the width direction (TD) was 260 kgf /
[0080]
The batteries of Example 1-12 and Comparative Example 1-7 were charged to 4.2V at 1C, and then charged at 4.2V constant voltage for 3 hours, then discharged to 3V at 1C, and the discharge capacity was measured (Q1). Similarly, after charging to 4.2 V, the battery was stored at 60 ° C. for 20 days, taken out, discharged after 12 hours at 1 C to 3 V, and the discharge capacity Q2 after storage was measured. (%: (Q1-Q2) / Q1 * 100) was measured. Each of the five batteries was charged at 0.6 A to 5.5 V, and the percentage of the battery whose battery surface temperature exceeded 130 ° C. and the maximum temperature were determined. Examined. Table 1 shows the results.
[0081]
[Table 1]
[0082]
* However, Comparative Example 7 uses a 27 μm thick separator
[0083]
The batteries of Examples 1 to 12 are represented by a nonionic compound in which an alkyl group is bonded to an aromatic ring in a nonaqueous electrolyte and an amine-based aromatic, sulfide-based aromatic or R-SLi (R is an allyl group or the like) By using an aromatic, a phosphite-based aromatic or a quinone-based aromatic, both safety and suppression of self-discharge were achieved.
[0084]
On the other hand, the batteries of Comparative Examples 1 to 7 failed to achieve either safety or suppression of self-discharge.
[0085]
Next, using the batteries of Examples 1, 4, 7, and 10 of the present invention and Comparative Examples 1 to 4 as a power source for a mobile phone, assuming that the protection circuit and the charging circuit were damaged, the protection circuit, the PTC, After disabling the voltage control circuit, the battery was charged to a power supply voltage of 12 V with a current of 0.6 A (1.0 C), and thereafter, was charged at a constant voltage of 5.5 V. As a result, in the portable devices using the batteries of Comparative Examples 1 to 4, the maximum battery surface temperature was increased by 20 ° C. or more at any current value, and especially at 1 A, the device was damaged. In this experiment, the protection circuit, the PTC, and the voltage control circuit were disabled, but it goes without saying that adding the respective protection functions further improves the reliability of the portable electronic device.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte includes a non-ionic compound in which an alkyl group is bonded to an aromatic ring. Aromatic, phosphite-based aromatic, quinone containing 0.5 to 15% by mass and represented by an amine-based aromatic, sulfide-based aromatic or R-SLi (R is a substituent containing an aromatic group such as an allyl group) By using a non-aqueous secondary battery containing 1 to 10000 ppm of a system aromatic, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery that achieves both safety and suppression of self-discharge, and an electronic device using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a non-aqueous secondary battery according to the present invention, wherein (a) is a plan view thereof, and (b) is a partial longitudinal sectional view thereof.
[Explanation of symbols]
1 positive electrode
2 Negative electrode
3 separator
4 Battery case
5 Insulator
6. Electrode laminate
7 Positive lead body
8 Negative electrode lead body
9 Cover plate
10 Insulation packing
11 terminals
12 Insulator
13 Lead plate
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002209221A JP2004055253A (en) | 2002-07-18 | 2002-07-18 | Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002209221A JP2004055253A (en) | 2002-07-18 | 2002-07-18 | Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004055253A true JP2004055253A (en) | 2004-02-19 |
Family
ID=31933125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002209221A Pending JP2004055253A (en) | 2002-07-18 | 2002-07-18 | Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004055253A (en) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004139963A (en) * | 2002-08-21 | 2004-05-13 | Mitsubishi Chemicals Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte |
JP2004259681A (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous lithium secondary battery |
JP2004327371A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Toshiba Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2006185793A (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery and charging method thereof |
JP2006261059A (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
WO2007010915A1 (en) * | 2005-07-21 | 2007-01-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing same |
JP2007053083A (en) * | 2005-07-21 | 2007-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof |
KR100803193B1 (en) * | 2005-08-24 | 2008-02-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | Organic Electrolyte and Lithium Battery |
EP1836746A4 (en) * | 2004-12-31 | 2008-02-27 | Byd Co Ltd | ELECTROLYTE FOR LITHIUMION SECONDARY BATTERIES |
JP2008165986A (en) * | 2006-12-26 | 2008-07-17 | Gs Yuasa Corporation:Kk | Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery |
JP2010528696A (en) * | 2007-06-01 | 2010-08-26 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Lightweight wireless ultrasonic probe |
JP2010199077A (en) * | 2010-04-16 | 2010-09-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method of charging the same |
JP2012038716A (en) * | 2010-07-14 | 2012-02-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery |
KR101309156B1 (en) | 2011-03-24 | 2013-09-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery comprising same |
JP2019200880A (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | 日本電信電話株式会社 | Lithium secondary battery |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11250937A (en) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Fuji Film Celltec Kk | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2000156243A (en) * | 1998-11-18 | 2000-06-06 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2001015156A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2001196065A (en) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Sony Corp | Secondary battery |
JP2001283906A (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2001338682A (en) * | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Sony Corp | Non-aqueous electrolyte battery |
JP2002050398A (en) * | 1999-06-30 | 2002-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery system including non-aqueous electrolyte secondary battery and charge control system, and equipment equipped with the same |
JP2002110228A (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-12 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | Electrolyte for lithium secondary battery |
JP2002110229A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Ube Ind Ltd | Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same |
-
2002
- 2002-07-18 JP JP2002209221A patent/JP2004055253A/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11250937A (en) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Fuji Film Celltec Kk | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2000156243A (en) * | 1998-11-18 | 2000-06-06 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2001015156A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2002050398A (en) * | 1999-06-30 | 2002-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery system including non-aqueous electrolyte secondary battery and charge control system, and equipment equipped with the same |
JP2001196065A (en) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Sony Corp | Secondary battery |
JP2001283906A (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2001338682A (en) * | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Sony Corp | Non-aqueous electrolyte battery |
JP2002110228A (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-12 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | Electrolyte for lithium secondary battery |
JP2002110229A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Ube Ind Ltd | Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004139963A (en) * | 2002-08-21 | 2004-05-13 | Mitsubishi Chemicals Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte |
JP2004259681A (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous lithium secondary battery |
JP2004327371A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Toshiba Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2006185793A (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery and charging method thereof |
EP1836746A4 (en) * | 2004-12-31 | 2008-02-27 | Byd Co Ltd | ELECTROLYTE FOR LITHIUMION SECONDARY BATTERIES |
JP2008527615A (en) * | 2004-12-31 | 2008-07-24 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | Electrolyte for lithium ion secondary battery |
JP2006261059A (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2007053083A (en) * | 2005-07-21 | 2007-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof |
WO2007010915A1 (en) * | 2005-07-21 | 2007-01-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing same |
KR100803193B1 (en) * | 2005-08-24 | 2008-02-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | Organic Electrolyte and Lithium Battery |
US8062796B2 (en) | 2005-08-24 | 2011-11-22 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Organic electrolytic solution and lithium battery using the same |
JP2008165986A (en) * | 2006-12-26 | 2008-07-17 | Gs Yuasa Corporation:Kk | Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery |
JP2010528696A (en) * | 2007-06-01 | 2010-08-26 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Lightweight wireless ultrasonic probe |
JP2010199077A (en) * | 2010-04-16 | 2010-09-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method of charging the same |
JP2012038716A (en) * | 2010-07-14 | 2012-02-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery |
KR101309156B1 (en) | 2011-03-24 | 2013-09-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery comprising same |
US9276290B2 (en) | 2011-03-24 | 2016-03-01 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery comprising same |
JP2019200880A (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | 日本電信電話株式会社 | Lithium secondary battery |
WO2019221107A1 (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | 日本電信電話株式会社 | Lithium secondary battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7341807B2 (en) | Non-flammable nonaqueous electrolyte solution and lithium ion cell using same | |
JP4395026B2 (en) | Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery including the same | |
JP5220850B2 (en) | Non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery including the same | |
CN1612383B (en) | Lithium battery and electrolyte solution for the lithium battery | |
JP4036832B2 (en) | Non-aqueous secondary battery | |
US20060183021A1 (en) | Non-aqueous secondary battery and portable equipment using the same | |
JP2009105069A (en) | ELECTROLYTE SOLUTION FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY CONTAINING THE SAME | |
JP2004055253A (en) | Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same | |
JPH11195429A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
CN100479257C (en) | Electrolyte for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery including the same | |
JP7115724B2 (en) | Non-aqueous electrolyte for batteries and lithium secondary batteries | |
JPH09147913A (en) | Nonaqueous electrolyte battery | |
CN100442592C (en) | Electrolyte solution for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery containing it | |
WO2003021707A1 (en) | Nonaqueous electrolyte | |
KR20120079390A (en) | Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same | |
JP2000348759A (en) | Nonaqueous electrolytic solution and secondary battery using it | |
JP2015125949A (en) | Lithium ion secondary battery | |
KR101349941B1 (en) | Electrolyte For Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Including The Same | |
JP2004006164A (en) | Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same | |
JP2000348760A (en) | Nonaqueous electrolytic solution and secondary battery using it | |
JP3714259B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP4053358B2 (en) | Non-aqueous secondary battery and electronic device using the same | |
JP3368446B2 (en) | Lithium secondary battery | |
JP4479045B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP4652984B2 (en) | Electronic equipment with built-in non-aqueous secondary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040428 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071024 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080520 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080722 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081007 |