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JPH07122297A - 非水電解液電池 - Google Patents

非水電解液電池

Info

Publication number
JPH07122297A
JPH07122297A JP5291331A JP29133193A JPH07122297A JP H07122297 A JPH07122297 A JP H07122297A JP 5291331 A JP5291331 A JP 5291331A JP 29133193 A JP29133193 A JP 29133193A JP H07122297 A JPH07122297 A JP H07122297A
Authority
JP
Japan
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battery
aqueous electrolyte
negative electrode
positive electrode
anhydride
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
Application number
JP5291331A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Suemori
敦 末森
Yoshihiro Shoji
良浩 小路
Koji Nishio
晃治 西尾
Toshihiko Saito
俊彦 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP5291331A priority Critical patent/JPH07122297A/ja
Publication of JPH07122297A publication Critical patent/JPH07122297A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【構成】正極と、金属リチウム又はリチウムイオンを吸
蔵,放出し得る物質を負極材料とする負極と、ヘキサフ
ルオロリン酸リチウムを溶質とする非水電解液とを備え
る非水電解液電池において、前記非水電解液に酸無水物
が添加されている。 【効果】電池系内の水分によるLiPF6 の分解劣化
が、非水電解液に添加せる酸無水物により抑制されるた
め、本発明電池は保存特性に優れるとともに、特に二次
電池にあっては、充放電時のLiPF6 の分解劣化が起
こりにくくなるため、サイクル特性にも優れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液電池に係わ
り、詳しくは非水電解液電池の保存特性(一次及び二次
電池)及びサイクル特性(二次電池)の改善を目的とし
た、非水電解液の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
金属リチウム又はリチウムイオンを吸蔵、放出し得る合
金又は炭素材料を負極材料とする非水電解液電池が、高
容量化が可能な電池として注目されている。
【0003】この種の電池に用いられる非水電解液の溶
質としては、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム
(LiCF3 SO3 )、ヘキサフルオロリン酸リチウム
(LiPF6 )などが良く知られている。なかでも、L
iPF6 は、それを溶質とする非水電解液の電導度が高
く、優れた高率放電特性を発現する非水電解液電池を得
ることを可能にするので、最も注目されている溶質の一
つである。
【0004】しかしながら、LiPF6 を用いた非水電
解液電池を長期間保存したり、また二次電池の場合にお
いて、充電後の状態(炭素材料内にリチウムイオンが吸
蔵された状態、又は、金属リチウムの表面に活性なリチ
ウムイオンが析出した状態)で長期間保存したりする
と、電池系内に存在する水分(正負極中の水分及び電解
液中の水分)又は電池系外から侵入した水分によりLi
PF6 が分解し、この分解生成物と負極に存在するリチ
ウムとが反応して負極表面にその反応生成物が付着す
る。その結果、負極の反応面積が小さくなり、負極容量
が次第に減少する。このようなことから、従来の非水電
解液電池には、一次電池であるか、二次電池であるかを
問わず保存特性が良くないという問題があった。
【0005】特に、充放電を繰り返し行う二次電池にあ
っては、充放電サイクルの進行に伴い負極の反応面積が
次第に減少するため、サイクル特性が良くないという問
題もあった。
【0006】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、電解液溶質として
LiPF6 を用いた非水電解液電池の保存特性(一次及
び二次電池)及びサイクル特性(二次電池)を改善する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る非水電解液電池(以下「本発明電池」と
称する。)は、正極と、金属リチウム又はリチウムイオ
ンを吸蔵、放出し得る物質を負極材料とする負極と、ヘ
キサフルオロリン酸リチウムを溶質とする非水電解液と
を備える非水電解液電池において、前記非水電解液に酸
無水物が添加されていることを特徴とする。
【0008】酸無水物としては、無水酢酸、無水プロピ
オン酸等の一塩基酸及びこれらの誘導体や、無水コハク
酸、無水フタル酸、無水マレイン酸等の二塩基酸及びこ
れらの誘導体が代表的なものとして例示され、また、酸
無水物は液体(例えば、無水酢酸)であるか、固体(例
えば、無水コハク酸)であるかを問わない。
【0009】酸無水物の添加量は電池内に含まれる水分
の量により異ならしめる必要があるが、一般的には、非
水電解液の総量に対して0.1〜10重量%とするのが
好ましい。0.1重量%未満では添加効果が充分に発現
されず、一方10重量%を超えると電解液不足が顕著と
なる。
【0010】本発明は、電池系内の水分を添加せる酸無
水物と反応させて消失せしめることにより、LiPF6
を非水電解液の溶質として用いた場合に問題となってい
た水との反応によるLiPF6 の分解を抑制し、もって
非水電解液電池の保存特性及びサイクル特性を改善し得
たものである。それゆえ、正極材料、負極材料、非水電
解液の溶媒などについては、従来非水電解液電池用とし
て提案され、或いは実用されている種々の材料を特に制
限なく用いることが可能である。
【0011】二次電池の場合の正極材料(活物質)とし
ては、LiCoO2 、LiNiO2、LiMnO2 、L
iFeO2 が例示され、一次電池の場合の正極材料とし
てはMnO2 、フッ化黒鉛が例示される。
【0012】二次電池の場合の負極材料としては、金属
リチウム又はリチウムイオンを吸蔵、放出し得る合金及
び炭素材料が例示され、一次電池の場合の負極材料とし
ては金属リチウムが例示される。
【0013】溶媒としては、エチレンカーボネート、ビ
ニレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの有
機溶媒や、これらとジメチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエ
トキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの低沸点溶
媒との混合溶媒が例示される。
【0014】
【作用】本発明においては、非水電解液に酸無水物が添
加されているので、電池系内に発生した水はこの酸無水
物と反応して、カルボン酸に戻る(例えば、無水酢酸の
場合には水と反応して酢酸となる)。したがって、非水
電解液一次電池を長期間保存したり、非水電解液二次電
池を充電後の状態で長期間保存したりしたときのLiP
6 の分解劣化が抑制される。それゆえ、LiPF6
分解生成物と負極に存在するリチウムとが反応し、この
反応生成物が負極表面に付着することに起因する負極の
反応面積の減少が抑制される。
【0015】特に、非水電解液二次電池においては、充
放電時のLiPF6 の分解劣化も抑制されるので、充放
電サイクルの進行に伴う電池容量の低下が抑制される。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
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。
【0017】(実施例1)単3型(AAサイズ)の非水
電解液二次電池(本発明電池)を作製した。
【0018】〔正極〕800°Cで熱処理して作製され
た正極活物質としてのLiCoO2 と導電剤としての人
造黒鉛と結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとの重量
比が85:10:5となるように、LiCoO2 と人造
黒鉛とを混合して得た混合物を、ポリフッ化ビニリデン
の5重量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液に分散
させてスラリーを調製し、このスラリーをドクターブレ
ード法にて正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に
塗布した後、130°Cで2時間真空乾燥して正極を作
製した。
【0019】〔負極〕黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデン
との重量比が85:15となるように、黒鉛粉末をポリ
フッ化ビニリデンの5重量%NMP溶液に分散させてス
ラリーを調製し、このスラリーをドクターブレード法に
て負極集電体としての銅箔の両面に塗布した後、100
〜150°Cで2時間真空乾燥して負極を作製した。
【0020】〔非水電解液〕エチレンカーボネート(E
C)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との等体積
混合溶媒に、LiPF6 を1M(モル/リットル)の割
合で溶かし、次いで無水酢酸を添加混合して無水酢酸を
0.01M含有する非水電解液を調製した。
【0021】〔電池の作製〕以上の正負両極及び非水電
解液を用いて単3型の本発明電池BA1を作製した。な
お、セパレータとしては、ポリプロピレン製の微多孔膜
(ヘキストセラニーズ社製、商品名「セルガード」)を
使用し、これに先の非水電解液を含浸させた。
【0022】図1は作製した本発明電池BA1を模式的
に示す断面図であり、図示の本発明電池BA1は、正極
1、負極2、これら両電極を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。正極1及び負極2は、非水電解液を注入
されたセパレータ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に接続され、電池内部で生じた化学
エネルギーを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。
【0023】(比較例1)無水酢酸を添加しなかったこ
と以外は実施例1と同様にして、非水電解液を調製し
た。次いで、この非水電解液を用いたこと以外は実施例
1と同様にして単3型の比較電池BC1を作製した。
【0024】〔サイクル特性〕本発明電池BA1及び比
較電池BC1について、200mAで充電終止電圧4.
1Vまで充電した後、200mAで放電終止電圧2.7
5Vまで放電する工程を1サイクルとする充放電サイク
ル試験を行った。結果を図2に示す。なお、本試験で
は、放電容量が400mAhとなった時点を電池寿命と
考え、その時点で試験を終了した。
【0025】図2は、各電池のサイクル特性を、縦軸に
放電容量(mAh)を、また横軸にサイクル数(回)を
とって示したグラフであり、同図に示すように本発明電
池BA1では電池寿命が約600サイクルと長いのに対
して、比較電池BC1では電池寿命が約500サイクル
と短い。このことから、充放電サイクル時のLiPF6
の分解に起因する放電容量の低下が、無水酢酸を添加す
ることにより顕著に抑制されることが分かる。
【0026】図3は、非水電解液への無水酢酸の添加割
合を種々変えた場合の非水電解液中の無水酢酸の重量割
合(%)とサイクル寿命(放電容量が400mAhに到
るまでのサイクル数(回))との関係を示すグラフであ
り、同図より、無水酢酸の場合は、非水電解液中に無水
酢酸を0.1〜10重量%の範囲内で添加することが好
ましいことが分かる。
【0027】〔保存特性〕本発明電池BA1及び比較電
池BC1について、200mAで充電終止電圧4.1V
まで充電した後、60°Cで10日間保存し(常温で約
半年間保存するのに相当)、保存前後の電池容量を調べ
た。結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】表1から明らかなように、本発明電池BA
1では容量維持率が99%と極めて高いのに対して、比
較電池BC1では容量維持率が88%と低くなってい
る。このことから、充電状態で保存したときのLiPF
6 の分解に起因する放電容量の低下が、非水電解液に無
水酢酸を添加することにより顕著に抑制されることが分
かる。
【0030】(実施例2)ECとDMEとの等体積混合
溶媒に代えてプロピレンカーボネートとDMEとの等体
積混合溶媒を用いたこと以外は実施例1と同様にして、
非水電解液を調製した。次いで、この非水電解液を用い
たこと以外は実施例1と同様にして単3型の本発明電池
BA2を作製した。
【0031】(実施例3)無水酢酸に代えて無水プロピ
オン酸を0.01M添加混合したこと以外は実施例2と
同様にして、非水電解液を調製した。次いで、この非水
電解液を用いたこと以外は実施例1と同様にして単3型
の本発明電池BA3を作製した。
【0032】(実施例4)無水酢酸に代えて無水コハク
酸を0.01M添加混合したこと以外は実施例2と同様
にして、非水電解液を調製した。次いで、この非水電解
液を用いたこと以外は実施例1と同様にして単3型の本
発明電池BA4を作製した。
【0033】(比較例2)無水酢酸を添加混合しなかっ
たこと以外は実施例2と同様にして、非水電解液を調製
した。次いで、この非水電解液を用いたこと以外は実施
例1と同様にして単3型の比較電池BC2を作製した。
【0034】〔サイクル特性〕本発明電池BA2〜BA
4及び比較電池BC2について、先の充放電サイクル試
験条件と同じ条件で充放電サイクル試験を行い、各電池
のサイクル特性を調べた。結果を図4に示す。なお、先
の充放電サイクル試験と同様、放電容量が400mAh
となった時点を電池寿命と考え、その時点で試験を終了
した。
【0035】図4は、各電池のサイクル特性を、縦軸に
放電容量(mAh)を、また横軸にサイクル数(回)を
とって示したグラフであり、同図に示すように本発明電
池BA2〜BA4では電池寿命が600サイクル以上と
長いのに対して、比較電池BC2では電池寿命が約50
0サイクルと短い。これも、前出の〔サイクル特性〕の
ところで述べた理由と同じ理由によるものと考えられ
る。
【0036】叙上の実施例では、本発明を非水電解液二
次電池に適用する場合を例に挙げて説明したが、非水電
解液一次電池に適用した場合においても同様の優れた効
果が得られる。
【0037】更に、上記実施例では、酸無水物として無
水酢酸、無水プロピオン酸、無水コハク酸を用いる場合
を例に挙げて説明したが、無水酢酸等の誘導体や無水フ
タル酸、無水マレイン酸及びこれらの誘導体などの外、
他の酸無水物を用いた場合にも同様の優れた保存特性及
びサイクル特性を発現する非水電解液電池を得ることが
可能である。
【0038】
【発明の効果】電池系内の水分によるLiPF6 の分解
劣化が、非水電解液に添加せる酸無水物により抑制され
るため、本発明電池は保存特性に優れるとともに、特に
二次電池にあっては、充放電時のLiPF6 の分解劣化
が起こりにくくなるため、サイクル特性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】単3型の本発明電池の断面図である。
【図2】本発明電池及び比較電池の各サイクル特性を示
すグラフである。
【図3】非水電解液中の無水酢酸の重量割合(%)とサ
イクル寿命(回)との関係を示すグラフである。
【図4】本発明電池及び比較電池の各サイクル特性を示
すグラフである。
【符号の説明】
BA1 本発明電池 1 正極 2 負極 3 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極と、金属リチウム又はリチウムイオン
    を吸蔵、放出し得る物質を負極材料とする負極と、ヘキ
    サフルオロリン酸リチウムを溶質とする非水電解液とを
    備える非水電解液電池において、前記非水電解液に酸無
    水物が添加されていることを特徴とする非水電解液電
    池。
  2. 【請求項2】前記酸無水物が、無水酢酸、無水プロピオ
    ン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水マレイン酸又
    はこれらの誘導体である請求項1記載の非水電解液電
    池。
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