JPH02239571A - 有機電解液電池 - Google Patents

有機電解液電池

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JPH02239571A
JPH02239571A JP1061406A JP6140689A JPH02239571A JP H02239571 A JPH02239571 A JP H02239571A JP 1061406 A JP1061406 A JP 1061406A JP 6140689 A JP6140689 A JP 6140689A JP H02239571 A JPH02239571 A JP H02239571A
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JP
Japan
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battery
electrolyte
organic electrolyte
component
conductivity
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JP1061406A
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English (en)
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Fusaji Kita
房次 喜多
Kozo Kajita
梶田 耕三
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Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • YGENERAL 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
    • 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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はリチウム電池などの有機電解液を使用した電
池に関する. 〔従来の技術〕 この種の電池に使用される有機電解液としては、ブロビ
レンカーボネート、γ−プチロラクトン、ジメトキシエ
タン、ジオキソランなどの非水系溶媒中にLiClOa
 、LiAsF.、LiPF*などのリチウム塩からな
る電解質を溶解させたものがよく知られている.特に、
上記の電解質としてL i C I O aを用いた有
機電解液は、現在のほとんどのリチウム電池に使用され
ている.〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、L#CIO<を電解質とする有機電解液
では、これを用いたリチウム電池を過放電した際に発火
するという報告(G.H.Newman他,J,E1e
ctroche+++.Soc. ,ユ17.218 
(1970)〕がみられるように、安全性の面より二次
電池用としては不適であるとともに、一次電池用として
も充分に安全であるとは言”えず、事故や誤使用があっ
た場合や使用条件によっては発火の危険がある。
一方、前記のLiAsF,を用いた有機電解液は一般に
有毒として認識されているAs成分の存在から一般消費
者には受け入れられに<<、またLiPF*を用いた有
機電解液は熱安定性が悪く60℃以上の高温下で貯蔵し
た場合にl,tPF*?分解を招くという難点があった
なお、L i塩としてLtCF*CO■やLtCF,S
o,などもあるが、これらを用いた有機電解液は伝導度
が小さく低温では充分な電池特性を発揮できない。
この発明は、上述の情況に鑑みて、安全性および貯蔵安
定性にすぐれ、しかも出力特性などの電池特性において
も良好な有機電解液電池を提供することを目的としてい
る。
〔課題を解決するための手段〕
この発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討
を重ねた結果、有機電解液の電解質として従来利用され
ていなかったLiCFsCO■と他の特定の化合物とを
併用することにより、低温でも出力特性などで充分な電
池特性を発揮でき、しかも上記の他の化合物としてLi
CIO<やLjPF,を用いた場合でも二次電池として
支障のない高い安全性とすぐれた貯蔵安定性が得られる
ことを見い出し、この発明をなすに至った.すなわち、
この発明は、非水系溶媒中に、a)LiCF,Co,と
、b)L j CF:l Cot以外のリチウム塩、テ
トラアルキルアンモニウム塩およびテトラアルキルホス
ホニウム塩より選ばれる少なくとも一種とを溶解した有
機電解液が使用されてなることを特徴とする有機電解液
電池に係るものである. また、この発明では、上記有機電解液の25℃での伝導
度が31lls/cll以上である構成を好適態様とし
ている。
〔発明の構成・作用〕
この発明の電池の有機電解液は、電解質として、前記の
ように、a)L i CFs COtと、b) Lic
F.co.以外のリチウム塩、テトラアルキルアンモニ
ウム塩およびテトラアルキルホスホニウム塩より選ばれ
る少なくとも一種とを、併用したものであるが、上記の
b成分の電解質を単独で用いた電解液の伝導度がa成分
のLiCF.CO,を同モル濃度で単独で用いた電解液
の伝導度よりも大きくなるような化合物がb成分として
好適である. すなわち、このような好適なb成分の併用によってa成
分の使用にもかかわらず電解液全体としての伝導度が増
大し、低温でも出力特性などで充分な電池特性を得るこ
とが可能となる.無論、これらb成分は電池の正極およ
び負極に対して致命的な反応を生起しないものであるこ
とが必要である。
b成分のリチウム塩の好適な例としては、LiC l0
 4 、L I P F h 、L iB F a 、
L t BΦ4(Φはフエニル基),LiSbF. 、
LiAj!CI4などが挙げられ、これらの中でもとく
にLiCl04およびl,tPFiが電池特性などから
推奨される。なお、LiAsF.もb成分の一部として
少量であれば使用可能である. また、b成分のテトラアルキルアンモニウム塩としては
、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラ
ブチルアンモニウム、六フツ化リン酸テトラブチルアン
モニウムなどが挙げられる.さらに、テトラアルキルホ
スホニウム塩としては、六フツ化リン酸テトラブチルホ
スホニウムなどが?る. なお、これらb成分は2種以上を併用してもよいが、前
記の電池特性や毒性の点よりとくにLiCZO4または
/およびLiPFaを主成分とすることが好ましい. a成分のL i CF.Cotとb成分の各使用量と使
用比率は、両成分を含む電解液の25℃での伝導度が3
1/1以上となるように選択することが望ましい.すな
わち、この伝導度が3ms/allより小さくなると電
池の出力特性が不充分となる.a成分のLiCFsCO
■の電解液中の濃度は、0. 1 − 1. 5モル/
l程度が好適であり、少なすぎてはその使用効果が充分
に発揮されず、逆に多すぎては電解液の粘性増大による
電池特性の低下が無視できなくなる. b成分の電解液中の濃度は、使用する化合物の種類によ
って好適範囲が異なるが、a成分と同様の使用効果と粘
性の面から一般に0.05〜1.0モル/l程度とする
のがよい。ただし、L i CIO4では既述した安全
性の点より0.7モル/l以下、LiPFhでは既述し
た貯蔵安定性の点より0.4モル/l以下とすることが
推奨される。なお、LiPF&の場合は、ヘキサメチル
ホスホリツクトリアミド、テトラメチルエチレンジアミ
ン、N・N−ジメチルアセトアミドなどの安定化剤の使
用によって上記濃度を0. 4モル/lよりも高くする
ことも可能である。
電解液に使用する非水系溶媒としては、ブロビレンカー
ボネート、γ−プチロラクトン、ジメチルスルホキシド
、エチレンカーボネート、■・2−ジメトキシエタン、
テトラヒド口フラン、1・3−ジオキソラン、4−メチ
ル−1・3−ジオキソラン、2−メチルテトラヒド口フ
ラン、その他の脂肪族モノエーテルおよびポリエーテル
などが挙げられ、これらを単独であるいは2種以上を混
合して使用する. この発明の電池は、前記のa成分とb成分とを電解賞と
して上記非水系溶媒に溶解してなる有機電解液を使用し
たものであり、正極および負極に使用する活物質の組み
合わせによって構成される種々の一次電池および二次電
池を包含する。
正極活物質としては、M n. Ox 、Vt Os 
..M00:l 、Pb3 04 、Bib Os 、
Co= o4、TiOz s Crs o, 、Cr,
O, 、LtCo08などの金属酸化物ならびにこれら
の複合酸化物、TiS.% CuS,FeSなどの金属
硫化物、さらにはこれらの混合物が挙げられる.なお、
これらの中でもMn02は、単極電位が高く、負極活物
質としてリチウムを使用した電池では約3vという高電
圧が得られることから好適であり、かつ最近登場してい
る複合MnO!や改質MnOtはすぐれたサイクル特性
を付与しうるという利点がある. 一方、負極活物質としては、リチウム、カリウム、ナト
リウム、カルシウム、マグネシウムの如き軽金属、なら
びにリチウム合金が挙げられ、これらの中でもとくにリ
チウムが好適である。
図面はこの発明を適用した渦巻型の筒形電池の構成例を
示す.この図において、1は正極、2は負極、3は正極
1を包む袋状のセバレータ、4は前記構成の育機電解液
であり、両極1,2は帯状のものを重ねて渦巻状に巻回
した状態で負極缶をなす筒形のステンレス鋼製電池ケー
ス5内に装填され、その全体が電解液4に浸漬している
.6および7は電池ケース5の内底面および内周面を覆
うポリテトラフルオ口エチレンシ一トなどからなる絶縁
材、8は中央部に通気孔8aを設けたステンレス鋼製封
目板、9は中央部に内向きの切刃9aとその抜き穴であ
る排気孔9bを有して封口板8に周縁部でかしめ嵌着さ
れたニッケルメッキ圧延鋼製などの正極端子板、10は
封口板8と端子板9との間で周縁部をポリエチレン製な
どの環状パッキング11を介して挾着された金属チタン
箔などからなる可撓性薄板、l2は端子板9と可撓性薄
板IOとの間に配置したボリブロビレン製などの環状熱
変形部材、13は電池ケース5の開口縁と封口板8の周
縁部との間に介在する開口部絶縁パッキング、14.1
5は正極1および負極2のリード体である. 上記の電池構成では、電池の内圧が何らかの要因で異常
に上昇した際、その内圧によって可撓性薄板10が上方
へ膨らんで切刃9aにて切り裂かれ、内部のガスが通気
孔8aおよび排気孔9bを通して外部へ放出される結果
、上記内圧による電池の破壊が防止される. なお、この発明は、例示した渦巻型以外の各種筒形電池
、ボタン形、コイン形の如き薄型電池など、種々の電池
形態に適用可能である.〔発明の効果〕 この発明に係る有機電解液電池は、電解質として特定成
分を併用した有機電解液を使用していることから、低温
でも出力特性などで充分な電池特性を発揮し、しかも二
次電池としても支障のない高い安全性と良好な貯蔵安定
性を具備する。
また、上記電解液として25℃での伝導度が3IIs/
ell以上となるものを使用することにより、特にすぐ
れた出力特性を付与することができる。
(実施例〕 以下に、この発明の実施例を比較例と対比して具体的に
説明する。
実施例l〜9,比較例l 内底面および内周面をポリテトラフルオ口エチレンシ一
トからなる絶縁材で覆った内径15n1高さ40菖冒の
ステンレス鋼製の電池ケース内に、厚さ0.2 mm、
幅30鶴のリチウムからなる帯状負極と、厚さ0.03
5mの微孔性ボリブロビレンフイルムからなる袋状セバ
レータに包んだ厚さ0.411、幅30mmのMnO.
合剤からなる帯状正極とを重ねて渦巻状に巻回した状態
でかつ正負両極のリード体を取付けて装填するとともに
、ブロビレンカーボネートとテトラヒド口フランと1・
2一ジメトキシエタンとのl:llの混合溶媒に後記の
第1表に記載の電解質を同表記載の濃度で溶解してなる
有機電解液を注入した. ついで、この電池ケースの開口部に、金属チタン箔から
なる可撓性薄板およびボリブロビレン製の熱変形部材を
取付けたステンレス鋼製封口板とニッケルメッキ圧延鋼
製端子板とのかしめ嵌着した一体物を、ボリブロビレン
製開口部絶縁パッキングを介して嵌着し、図面で示す構
造の渦巻型の筒形電池を作製した。
これらの実施例1〜9および比較例1の電池について、
使用した有機電解液の25℃での伝導度の測定結果を、
この電解液の電解質成分およびその濃度とともに第1表
に示す.また実施例1〜4と比較例1の電池について、
それぞれ3A,0、5秒放電後のccv c閉回路電圧
》を測定し、これを出力特性として第1表に示す. 上記第1表の結果から、有機電解液の電解質としてLi
CF.COエを単独で使用したもの(比較例1)に対し
て、LiCFxCOzとともに他の電解質を併用したも
の(実施例1〜9)は伝導度が4倍以上、とくに他の電
解賞としてLiCl04または(,iPFhを主成分と
した場合にはlO倍近い値となり、この伝導度に基づく
すぐれた電池特性を具備することが判る. 比較例2.3 電解液の電解質として、比較例2では0. 8モル/1
のLiCj!04のみ、比較例3では0.6モル/1の
LiPFiのみを、それぞれ使用した以外は、前記の実
施例1〜9と同様にして筒形電池を作製した. 実施例lの電池と比較例2の電池につき、各2個づつを
直列接続して短絡させて表面温度を測定し、この表面温
度が150℃を越える状態になった電池の数を調べた。
その結果は、つぎの第2表に示されるとおりであった. 第2表 上表の結果から、電解液中の電解質が全てLiC104
からなる場合に比較して、LiCllO.の一部をLi
CF,GO.に置き換えた場合(実施例1)は電池の安
全性が著しく向上するものであることが判る. つぎに、実施例2の電池と比較例3の電池を予備放電後
、60℃にて100日間保存し、この保存後に0.3A
.10ms放電後のCCVを測定したところ、つぎの第
3表の結果を得た。
上表の結果から、電解液中の電解賞が全てLiPF.で
ある場合に比較して、liPF.の一部をLiCF3C
Otに置き換えた場合(実施例2)は電池の貯蔵安定性
が大きく改善されるものであることが判る。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の有機電解液電池の構造例を示す縦断面
図である. 4・・・有機電解液

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非水系溶媒中に、(a)LiCF_3CO_2と
    、(b)LiCF_3CO_2以外のリチウム塩、テト
    ラアルキルアンモニウム塩およびテトラアルキルホスホ
    ニウム塩より選ばれる少なくとも一種とを溶解した有機
    電解液が使用されてなることを特徴とする有機電解液電
    池。
  2. (2)有機電解液の25℃での伝導度が3ms/cm以
    上である請求項(1)に記載の有機電解液電池。
JP1061406A 1989-03-14 1989-03-14 有機電解液電池 Pending JPH02239571A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05205745A (ja) * 1992-01-28 1993-08-13 Kanebo Ltd 有機電解質電池
WO2007058445A1 (en) 2005-11-15 2007-05-24 Lg Chem, Ltd. Electrolyte for lithium secondary battery of improved low-temperature property and secondary battery containing the same

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