JP3244389B2 - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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Description
酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物又はリチウム含有
ニッケル・コバルト複合酸化物を活物質とする正極と、
リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な、格子
面(002)面に於けるd値(d 002 )が3.39Å以
下であり、且つc軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が1
50Å以上である炭素材料を負極材料とする負極を備え
たリチウム二次電池に係わり、詳しくは低温特性に優れ
たリチウム二次電池を提供することを目的とした電解液
(非水電解液)の溶媒の改良に関する。
黒鉛、コークス、無定形炭素、難黒鉛化性炭素等のリチ
ウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料
が、従前使用されていた金属リチウムと異なり、樹枝状
の電析リチウムの成長に因る内部短絡の虞れが無いこと
から、リチウム二次電池の新しい負極材料として注目さ
れている。
ム二次電池においては、エチレンカーボネート、プロピ
レンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート等の
高誘電率溶媒と、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等の低融点・低粘
度溶媒との混合溶媒が使用される。
も有利とされている黒鉛を負極材料とするリチウム二次
電池の非水電解液の溶媒として、エチレンカーボネート
とジメチルカーボネートとの混合溶媒(USP5,19
2,629号公報参照)や、4,5−ジクロロエチレン
カーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒(特
開平5−325985号公報参照)が提案されている。
なお、同公報に「3,4−ジクロロエチレンカーボネー
ト」とあるのは、「4,5−ジクロロエチレンカーボネ
ート」の誤記である。
メチルカーボネートとの混合溶媒を使用したリチウム二
次電池には、使用せるエチレンカーボネートの融点(3
9〜40°C)が高いことに起因して、低温、特に−2
0°C以下になると非水電解液の導電率が著しく低下す
るために、低温での放電容量が極端に小さくなるという
問題があることが分かった。
ートとジメチルカーボネートとの混合溶媒を使用したリ
チウム二次電池には、常温での充放電時に溶媒の分解が
起こるために、常温付近での放電容量が小さいという問
題があることが分かった。
であって、その目的とするところは、低温での放電容量
の低下の少ない、すなわち低温特性に優れたリチウム二
次電池を提供するにある。
の本発明に係るリチウム二次電池(本発明電池)は、リ
チウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化
物又はリチウム含有ニッケル・コバルト複合酸化物を活
物質とする正極と、リチウムイオンを吸蔵及び放出する
ことが可能な、格子面(002)面に於けるd値(d
002 )が3.39Å以下であり、且つc軸方向の結晶子
の大きさ(Lc)が150Å以上である炭素材料を負極
材料とする負極と、溶媒及び溶質からなる非水電解液
と、セパレータとを備えたリチウム二次電池において、
前記溶媒が、クロロエチレンカーボネート10〜100
体積%(但し、100体積%を除く)と、メチルプロピ
ルカーボネート及びメチルイソプロピルカーボネートよ
りなる群から選ばれた少なくとも1種の非環状炭酸エス
テル90〜0体積%(但し、0体積%を除く)とからな
る。
ロエチレンカーボネート(融点−40°C以下)10〜
100体積%(但し、100体積%を除く)と、メチル
プロピルカーボネート及びメチルイソプロピルカーボネ
ートよりなる群から選ばれた少なくとも1種の非環状炭
酸エステル90〜0体積%(但し、0体積%を除く)と
からなる。クロロエチレンカーボネートと非環状炭酸エ
ステルとの配合比が上記範囲を外れると、低温特性が悪
くなる。
LiClO4 、LiAsF6 、LiCF3 SO3 、Li
N(CF3 SO2 )2 が例示される。これらの溶質の溶
媒に対する好適な添加割合は、0.5〜3モル/リット
ルである。
化物(LiCoO2 など)、リチウム含有ニッケル酸化
物(LiNiO2 など)又はリチウム含有ニッケル・コ
バルト複合酸化物(Li2 NiCoO4 など)である。
d値(d 002 )が3.39Å以下であり、且つc軸方向
の結晶子の大きさ(Lc)が150Å以上である炭素材
料(黒鉛に属するもの)である。この種の炭素材料を用
いることにより高容量、且つ平坦な放電電位が得られ
る。なお、本発明において、リチウム−アルミニウム合
金、リチウム−錫合金、リチウム−鉛合金等のリチウム
合金や、金属リチウムは負極材料として使用し得ない。
溶媒(クロロエチレンカーボネート)の分解を招くから
である。
比べて融点の低いクロロエチレンカーボネート(クロロ
エチレンカーボネートの誘電率はエチレンカーボネート
と同程度である。)が使用されているので、低温での導
電率の低下が少ない。このため、低温特性に優れる。
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
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可能なものである。
リチウム二次電池(本発明電池)A17〜A21を組み
立てた。セパレータとしては、ポリエチレン製の微多孔
膜を使用した。
炭酸コバルト(CoCO3 )とをモル比1:2で混合
し、得られた混合物を850°Cで20時間焼成して、
LiCoO2 粉末を作製した。このLiCoO2 粉末
を、石川式らいかい乳鉢中で4時間粉砕して、平均粒径
約5μmのLiCoO2 微粉末を得た。
電剤としてのカーボン(人造黒鉛)10重量部を混合
し、得られた混合物を、結着剤としてのポリフッ化ビニ
リデン(PVdF)5重量部の5重量%N−メチルピロ
リドン(NMP)溶液に分散させてスラリーとし、この
スラリーをドクターブレード法により、正極集電体とし
てのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥して、厚さ2
0μmのアルミニウム箔の各面に厚さ50μmの活物質
層が形成された正極を作製した。
Lc>1000Å)95重量部を結着剤としてのポリフ
ッ化ビニリデン5重量部の5重量%N−メチルピロリド
ン溶液に分散させてスラリーとし、このスラリーをドク
ターブレード法により、負極集電体としての厚さ18μ
mの銅箔の両面に塗布し、乾燥して、銅箔の各面に厚さ
50μmの活物質層が形成された負極を作製した。
ルカーボネート(MPC)との体積比80:20、6
0:40、40:60、20:80又は10:90の各
混合溶媒に、LiPF6 を1モル/リットル溶かして非
水電解液を調製した。
面図であり、図示の電池A17は、正極1、負極2、こ
れら両電極1、2を互いに離間するセパレータ3、正極
リード4、負極リード5、正極外部端子6、負極缶7な
どからなる。
たセパレータ3を介して渦巻き状に巻き取られた状態で
負極缶7内に収容されており、正極1は正極リード4を
介して正極外部端子6に、また負極2は負極リード5を
介して負極缶7に、それぞれ接続され、電池内部に生じ
た化学エネルギーを正極外部端子6及び負極缶7から電
気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになってい
る。
ットル溶かした非水電解液を使用したこと以外は実施例
1〜5と同様にして、比較電池B4を組み立てた。
ボネート(MiPC)との体積比80:20、60:4
0、40:60、20:80又は10:90の各混合溶
媒に、LiPF6 を1モル/リットル溶かした非水電解
液を使用したこと以外は実施例1〜5と同様にして、本
発明電池A22〜A26を組み立てた。
/リットル溶かした非水電解液を使用したこと以外は実
施例1〜5と同様にして、比較電池B5を組み立てた。
とジエチルカーボネートとの体積比80:20、60:
40、40:60若しくは20:80の各混合溶媒、又
は、ジエチルカーボネートに、LiPF6 を1モル/リ
ットル溶かした非水電解液を使用したこと以外は実施例
1〜5と同様にして、比較電池B6〜B11を組み立て
た。
を、−20°Cにおいて、200mAで終止電圧4.1
Vまで充電した後、200mAで終止電圧2.75Vま
で放電して、各電池の−20°Cでの放電容量を求め
た。結果を図2〜図4に示す。
での放電容量(mAh)を、また横軸に使用した溶媒の
体積混合比をとって示したグラフである。これらの図よ
り、クロロエチレンカーボネート10〜100体積%
(100体積%を除く)と、非環状炭酸エステル90〜
0体積%(0体積%を除く)とからなる溶媒(混合溶
媒)を使用した場合に、−20°Cでの放電容量が大き
い、低温特性に優れたリチウム二次電池が得られること
が分かる。
用する場合を例に挙げて説明したが、本発明は電池の形
状に特に制限はなく、扁平型、角型など、種々の形状の
リチウム二次電池に適用し得るものである。
媒として、誘電率が高く、しかも融点が低いクロロエチ
レンカーボネートを10体積%以上含有するクロロエチ
レンカーボネートと特定の非環状炭酸エステルとの混合
溶媒が使用されているので、低温特性に優れる。
の断面図である。
カーボネートとの体積混合比と、放電容量との関係を示
すグラフである。
ピルカーボネートとの体積混合比と、放電容量との関係
を示すグラフである。
との体積混合比と、放電容量との関係を示すグラフであ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含
有ニッケル酸化物又はリチウム含有ニッケル・コバルト
複合酸化物を活物質とする正極と、リチウムイオンを吸
蔵及び放出することが可能な、格子面(002)面に於
けるd値(d 002 )が3.39Å以下であり、且つc軸
方向の結晶子の大きさ(Lc)が150Å以上である炭
素材料を負極材料とする負極と、溶媒及び溶質からなる
非水電解液と、セパレータとを備えたリチウム二次電池
において、前記溶媒が、クロロエチレンカーボネート1
0〜100体積%(但し、100体積%を除く)と、メ
チルプロピルカーボネート及びメチルイソプロピルカー
ボネートよりなる群から選ばれた少なくとも1種の非環
状炭酸エステル90〜0体積%(但し、0体積%を除
く)とからなることを特徴するリチウム二次電池。 - 【請求項2】前記溶質が、LiPF 6 、LiBF 4 、L
iClO 4 、LiAsF 6 、LiCF 3 SO 3 又はLi
N(CF 3 SO 2 ) 2 である請求項1記載のリチウム二
次電池。
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