JP2005056830A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 リチウムとコバルトを含有し、層状構造を有するリチウム含有遷移金属酸化物からなる正極活物質を含有する正極1と、負極2と、溶質と溶媒からなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、溶媒が溶媒全体に対して10体積%以上のγ―ブチロラクトンを含有し、且つ、正極活物質が、周期律表のIVA族元素とIIA族元素とを含有する。
【選択図】 図1
Description
として実用化されている。ここで、熱安定性の高い前述のγ―ブチロラクトンを溶媒として用い、コバルト酸リチウムを単独で正極活物質として使用した場合、高温での充電保存特性が低下することがわかった。
これらの元素の含有量が少なくなり過ぎると、充電保存時の劣化の抑制効果が小さくなるからである。
実験1では、周期律表のIVA族元素とIIA族元素とを含有するリチウム含有遷移金属酸化物からなる正極活物質を含有する正極と、溶媒としてγ―ブチロラクトンを含有する電解液とを用いた場合の、電池の充電保存特性について検討した。
[正極活物質の作製]
Li2CO3と、Co3O4とZrO2及びMgOをLi:Co:Zr:Mgのモル比が1:0.99:0.005:0.005となるようにして石川式らいかい乳鉢にて混合した後、空気雰囲気中にて850℃で24時間熱処理後に粉砕することにより、平均粒子径が13.5μmの層状構造を有するリチウム含有遷移金属酸化物を得、正極活物質とした。この正極活物質にはIVA族元素であるジルコニウム(Zr)、IIA族元素であるマグネシウム(Mg)が等モル量含有されている。そして、正極活物質の遷移金属とジルコニウムとマグネシウムとの合計量を100モル%とした場合、ジルコニウムとマグネシウムの合算含有量は1モル%となる。この正極活物質を『ZrとMgを含有したコバルト酸リチウム』と称呼する。尚、正極活物質のBET比表面積は0.38m2/gであった。
このようにして得た正極活物質に、導電剤としての炭素材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと、分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドンを、活物質と導電剤と結着剤の重量比が90:5:5の比率になるようにして加えた後に混練して、正極スラリーを作製した。作製したスラリーを集電体としてのアルミニウム箔上に塗布した後、乾燥し、その後圧延ローラーを用いて圧延し、直径20mmの円板に切り出して正極を作製し、作用極とした。尚、ここで炭素材料の含有量は、正極活物質と導電剤と結着剤との合計に対して、5重量%となっている。
所定厚みのリチウム圧延板から直径20mmの円板を打ち抜いて対極を作製した。そしてこの対極を負極として使用した。
エチレンカーボネートとγ―ブチロラクトンとを体積比20:80で混合した溶媒に対し、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)を、濃度が1.2モル/リットルとなるように溶解し、これを非水電解液とした。そして、この非水電解液100重量部に対し、添加剤と
してビニレンカーボネートを2重量部、界面活性剤としてのリン酸トリオクチルを2重量部の割合で添加している。
このようにして得られた正極(作用極)1と、負極(対極)2との間に、ポリエチレン製の微多孔膜からなるセパレータ3を挟み込んだ。次に、試験セルの電池缶4の上蓋4aに、正極の集電体5を接触させると共に、上記負極2を電池缶4の底部4bに接触させた。これらを電池缶4内に収容し、上記上蓋4aと底部4bとを絶縁パッキン6にて電気的に絶縁させ、本発明に係る試験セル(非水電解液二次電池)A1を作製した。
作製した試験セルを、25℃にて、0.75mA/cm2の定電流で、試験セルの電圧が4.3Vに達するまで充電し、更に、0.25mA/cm2の定電流で再度試験セルの電圧が4.3Vに達するまで充電した。その後、0.75mA/cm2の定電流で、電圧が2.75Vに達するまで放電することにより、試験セルの保存前の放電容量P(mAh)を測定した。
上記実施例1の正極活物質の作製時において、Li2CO3と、Co3O4のみを用いて、Li:Coが1:1のモル比になるコバルト酸リチウム単体を得たこと以外は、実施例1と同様にして試験セルX1を作製し、充電保存特性を測定した。即ち、この比較例1では、IVA族元素、またはIIA族元素の正極活物質への添加がない。
上記実施例1において、電解液の溶媒にエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比で20:80で混合したものを用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして試験セルX2を作製し、充電保存特性を測定した。即ち、この比較例2では、溶媒にγ―ブチロラクトンが使用されていない。
上記比較例1において、電解液の溶媒にエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比で20:80で混合したものを用いたこと以外は、上記比較例1と同様にして試験セルX3を作製し、充電保存特性を測定した。即ち、この比較例3では、IVA族元素、またはIIA族元素の正極活物質への添加がなく、溶媒にγ―ブチロラクトンが使用されていない。
値にて示す。
実験2では、γ―ブチロラクトンを含有する電解液の導電率について検討した。
エチレンカーボネートとγ―ブチロラクトンとを体積比95:5、90:10、85:15、80:20、50:50、30:70、20:80、0:100で混合した溶媒に対し、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)を、濃度が1.2モル/リットルとなるように溶解し、これを非水電解液とした。そして、この非水電解液100重量部に対し、添加剤としてビニレンカーボネートを2重量部、界面活性剤としてのリン酸トリオクチルを2重量部の割合で添加した。
作製した各電解液の0℃及び‐20℃における導電率を測定した。測定には、0℃及び‐20℃に保った恒温槽及びCM-30V(東亜ディーケーケー製)用いた。測定結果を図2及び図3に示す。
実験3では、γ―ブチロラクトンを含有する電解液と充電正極との反応性について検討した。
実施例1と同様に作製したセルを4.3Vに達するまで充電し、更に、0.25mA/cm2の定電流で再度電圧が4.3Vに達するまで充電したセルを分解して、充電正極を取り出した。
エチレンカーボネートとγ―ブチロラクトンとを体積比95:5、90:10、50:50、20:80で混合した溶媒に対し、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)を、濃度が1.2モル/リットルとなるように溶解し、これを非水電解液とした。そして、この非水電解液100重量部に対し、添加剤としてビニレンカーボネートを2重量部、界面活性剤としてのリン酸トリオクチルを2重量部の割合で添加した。
上記充電正極と上記作製した電解液を用いて、示差走査熱量計(DSC)により、充電正極の発熱ピーク熱量を測定した。測定結果を図4に示す。
2…負極(対極)
Claims (8)
- リチウムとコバルトを含有し、層状構造を有するリチウム含有遷移金属酸化物からなる正極活物質を含有する正極と、負極と、溶質と溶媒からなる非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
前記溶媒が溶媒全体に対して10体積%以上のγ―ブチロラクトンを含有し、
且つ、前記正極活物質が、周期律表のIVA族元素とIIA族元素とを含有することを特徴とする非水電解液二次電池。 - 前記溶媒が、溶媒全体に対して50体積%以上のγ―ブチロラクトンを含有していることを特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。
- 前記IVA族元素が、ジルコニウム、チタン、ハフニウムの少なくとも1種の元素であり、前記IIA族元素がマグネシウムであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の非水電解液二次電池。
- 前記IVA族元素がジルコニウムであり、且つ前記IIA族元素がマグネシウムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記IVA族元素と前記IIA族元素が実質的に等モル量含まれていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正極活物質が、コバルト酸リチウムに前記IVA族元素と前記IIA族元素を含有させたものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正極活物質におけるIVA族元素とIIA族元素の合計の含有量が、これらの元素と、リチウム遷移金属酸化物中の遷移金属との合計に対して3モル%以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正極に、導電剤として炭素材料が含まれており、該炭素材料の含有量が正極活物質と導電剤と結着剤の合計に対して5重量%以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。
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