JPH0349165A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH0349165A
JPH0349165A JP1184245A JP18424589A JPH0349165A JP H0349165 A JPH0349165 A JP H0349165A JP 1184245 A JP1184245 A JP 1184245A JP 18424589 A JP18424589 A JP 18424589A JP H0349165 A JPH0349165 A JP H0349165A
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JP
Japan
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lithium
secondary battery
electrolyte secondary
electrolytic solution
ethylene carbonate
Prior art date
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Pending
Application number
JP1184245A
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English (en)
Inventor
Norio Takami
則雄 高見
Takahisa Osaki
隆久 大崎
Norihito Kurisu
栗栖 憲仁
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.)
Toshiba Corp
FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Battery Co Ltd, Toshiba Corp filed Critical Toshiba Battery Co Ltd
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Priority to CA002016777A priority patent/CA2016777C/en
Priority to US07/523,569 priority patent/US5079109A/en
Priority to EP90305300A priority patent/EP0398689B1/en
Priority to DE69021637T priority patent/DE69021637T2/de
Publication of JPH0349165A publication Critical patent/JPH0349165A/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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、非水電解液二次電池に関し、特に電解液を改
良した非水電解液二次電池に係わるものである。
(従来の技術) 近年、負極活物質としてリチウム、ナトリウム、アルミ
ニウム等の軽金属を用いた非水電解液電池は高エネルギ
ー密度電池として注目されており、正極活物質に二酸化
マンガン(MnO2)、フッ化炭素[(CF)  ] 
 塩化チオニル(SOCj! 2 )等を用いた一次電
池は既に電卓、時計の電源やメモリのバックアップ電池
として多用されている。更に、近年、VTR,通信機器
等の各種の電子機器の小形、軽量化に伴い、それらの電
源として高エネルギー密度の二次電池の要求が高まり、
軽金属を負極活物質とする非水電解液二次電池の研究が
活発に行われている。
非水電解液二次電池は、負極にリチウム、ナトリウム、
アルミニウム等の軽金属を用い、電解液として炭酸プロ
ピレン(PC) 、1.2−ジェトキシエタン(DME
)  γ−ブチロラクトン(7−BL) 、テトラヒド
ロフラン(THF)などの非水溶媒中にLi CgO,
LI BF4Lt As Fb 、Li PF6等の電
解質を溶解したものから構成され、正極活物質としては
主にTI  S2 、MQ S2 、V205 、Vb
 013等のリチウムとの間でトポケミカル反応する化
合物が研究されている。
しかしながら、上述した二次電池は現在、未だ実用化さ
れていない。この主な理由は、充放電効率が低く、しか
も充放電回数(サイクル)寿命が短いためである。この
原因は、負極リチウムと電解液との反応によるリチウム
の劣化によるところが大きいと考えられている。即ち、
放電時にリチウムイオンとして電解液中に溶解したリチ
ウムは充電時に析出する際に溶媒と反応し、その表面が
一部不活性化される。このため、充放電を繰返していく
と、デンドライト状(樹枝状)のリチウムが発生したり
、小球状にに析出したりリチウムが集電体より脱離する
などの現象が生じる。かかるリチウムの劣化は、電解液
を構成する電解質と非水溶媒の組合わせにも大きな影響
を受けるため、その最適な組合わせが検討されている。
前述した電解質の中で、LiAsF’6LI PF6は
共にモル導電率が高く、しかも良好な充放電サイクル特
性を得ることができる。しかしながら、これらの電解質
は毒性や安定性の点等で問題があった。
一方、LI BF、は安全性、安定性の点で問題がなく
、リチウム二次電池の電解質として好適である。しかし
ながら、前記Lt BF4を一次電池用溶媒として汎用
されているプロピレンカーボネートと1,2−ジメトキ
シエタンの混合溶媒などに溶解して電解液を調製した場
合、前記LIAsF6、LI PF、に比べて負極リチ
ウムの充電効率が低く、サイクル寿命が短い等の問題が
あった。その他、Li BF4を電解質とし、これを溶
解する混合溶媒としては、スルホランと1.2−ジメト
キシエタン、スルホランとテトラヒドロフラン、エチレ
ンカーボネートとテトラヒドロフランなどを用いて電解
液を調製することが検討されているが、いずれも充放電
効率が低いという問題があった。
このようなLt BF4を電解質とする場合の問題を改
善する試みとして、例えば非水溶媒の種類を変えたり、
負極材料にリチウム−アルミニウム合金を用いたりする
などの検討がなされているが改善が不十分であった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、前記ホウフッ化リチウム(L j B F a 
)を電解質として含む電解液を使用し、充放電サイクル
寿命を改善した非水電解液二次電池を提供しようとする
ものである。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明は、軽金属又はその合金を活物質とする負極と、
正極と、非水溶媒中に電解質を溶解した電解液とを備え
た非水電解液二次電池において、前記非水電解液の電解
質としてホウフッ化リチウム(LiBF4)を用い、 前記非水溶媒としてエチレンカーボネートと1.3−ジ
オキソラン、エチレンカーボネートとジェトキシエタン
、プロピレンカーボネートと2−メチルテトラヒドロフ
ラン、又はスルホランと2−メチルテトラヒドロフラン
の混合溶媒を用いたことを特徴とする非水電解液二次電
池である。
上記負極を構成する軽金属又はその合金としては、例え
ばリチウム、アルミニウム、リチウム−アルミニウム合
金等を挙げ・ることかできる。
上記正極としては、例えば非晶質五酸化バナジウム、二
酸化マンガンやリチウムマンガン複合酸化物などのマン
ガン酸化物、二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン
化モリブデン等を挙げることができる。
上記混合溶媒を構成する各溶媒の混合比率は次のように
設定することが充放電サイクル寿命、貯蔵性の観点から
望ましい。即ち、エチレンカーボネートと1.3−ジオ
キソラン、エチレンカーボネートとジェトキシエタン、
プロピレンカーボネートと2−メチルテトラヒドロフラ
ンの混合溶媒では、前者を20〜80体積%、後者を8
0〜20体積%、より好ましくは前者を40〜60体積
%、後者を60〜40体積%の範囲とすることが望まし
い。スルホランと2−メチルテトラヒドロフランの混合
溶媒では、スルホラン10〜60体8t%(好ましくは
30〜50体積%)、2−メチルテトラヒビ0フ929
0〜40体積%(好ましくは70〜50体積%)とする
ことが望ましい。
上記組成の電解液は、電池容器内に収容する前に予め不
溶性吸着材に接触させて処理するか、又は通電処理する
か、或いはこれらの両方の処理を施すことが望ましい。
上記不溶性吸着材による処理は、例えば前記電解液中に
活性アルミナや無機物のモレキュラーシーブ等の電解液
と反応しない不溶性吸着材を加えた攪拌した後、不溶性
吸着材を濾過等により分離する方法、前記不溶性吸着材
を充填したカラムに電解液を流通させる方法を採用し得
る。
上記通電処理は、例えば電解液中にリチウムからなる電
極を陽極として浸漬し、かつリチウム又はリチウム以外
の金属からなる電極を陰極として浸漬した後、これら陽
極及び陰極の間に定電流又は定電圧で連続波もしくはパ
ルスを印加して陰極上にリチウムを析出又は析出と溶解
を繰り返す方法を採用し得る。
(作用) 本発明によれば、ホウフッ化リチウム (L iB F 4 )を電解質とし、エチレンカーボ
ネートと1.3−ジオキソラン、エチレンカーボネート
とジェトキシエタン、プロピレンカーボネートと2−メ
チルテトラヒドロフラン、又はスルホランと2−メチル
テトラヒドロフランの混合溶媒を非水溶媒とした電解液
を用いることによって、負極リチウムと前記電解液との
反応による該リチウムの劣化を抑制できるため、充放電
サイフルル寿命、貯蔵性の優れた非水電解液二次電池を
得ることができる。これは、前記混合溶媒によりLiB
F4の解離が促進され、導電率が高くなること、前記溶
媒が化学的並びに電気化学的に安定で負極リチウムと反
応し難いためであると考えられる。
また、前記組成の電解液を電池容器内に収容する前に予
め不溶性吸着材に接触させる処理、及び/又は通電処理
を施すことによって、負極リチウムと前記電解液との反
応による該リチウムの劣化を顕著に抑制でき、充放電サ
イフルル寿命、貯蔵性が極めて良好な非水電解液二次電
池を得ることができる。これは、前記処理により電解液
中の不純物が除去され、高純度の電解液が得られること
によるものと考えられる。
(実施例) 以下、本発明を円筒形非水電解液二次電池に適用した例
について第1図を参照して詳細に説明する。
実施例1 図中の1は、底部に絶縁体2が配置された有底円筒状の
ステンレス容器である。この容器l内には、電極群3が
収納されている。この電極群3は、正極4、セパレータ
 5及び負極6をこの順序で積層した帯状物を該負極6
が外側に位置するように渦巻き状に巻回した構造になっ
ている。前記正極4は スピネル型マンガン酸化物 (L 1Mn204 )粉末80重量%をアセチレンブ
ラック15重量%及びポリテトラフルオロエチレン粉末
5重量%と共に混合し、シート化し、エキスバンドメタ
ル集電体に圧着した形状になっている。
前記セパレータ 5は、ポリプロピレン性多孔質フィル
ムから形成されている。前記負極6は、帯状リチウム箔
から形成されている。
前記容器l内には、■、0モル濃度のホウフッ化リチウ
ム(LiBF4)をプロピレンカーボネートと2−メチ
ルテトラヒドロフランの混合溶媒(混合体積比率50:
50)に溶解した組成の電解液が収容されている。前記
電極群3上には、中央部が開口された絶縁紙7が載置さ
れている。更に、前記容器1の上部開口部には、絶縁封
口板8が該容器1へのかしめ加工等に液密に設けられて
おり、かつ該絶縁封口板8の中央には正極端子9が嵌合
されている。この正極端子9は、前記電極群3の正極4
に正極リードIOを介して接続されている。なお、電極
群3の負極Bは図示しない負極リードを介して負極端子
である前記容器1に接続されている。
比較例1 電解液として、 1.0モル濃度のホウフッ化リチウム
(LI BF4)をプロピレンカーボネートに溶解した
組成のものを用いた以外、実施例1と同構成の非水電解
液二次電池を組み立てた。
比較例2 電解液として、1.0モル濃度のホウフッ化リチウム(
LI BF4)をプロピレンカーボネートと1.2−ジ
メトキシエタンの混合溶媒(混合体積比率50 : 5
0)に溶解した組成のものを用いた以外、実施例1と同
構成の非水電解液二次電池を組み立てた。
しかして、本実施例1及び比較例1.2の非水電解液二
次電池について充電電流100m A、放電電流100
m Aで充放電を繰り返し行い、放電容量が350m 
A hになった時のサイクル数を調べた。
その結果、比較例1の電池では80サイクル、比較例2
の電池では120サイクルであるのに対し、本実施例1
の電池では180サイクルと極めて長寿命であることが
わかった。
実施例2 1.0モル4度のホウフッ化リチウム (Li BF4)をプロピレンカーボネートと2−メチ
ルテトラヒドロフランの混合溶媒(混合体積比率50:
50)に溶解した組成の電解液を用意し、これを容器内
に収容する前に予め活性アルミナに接触させる処理及び
通電処理を施した。即ち、前記電解液100m l中に
活性アルミナlOgを入れ、前記電解液を12時間以上
間欠的に攪拌した後、活性アルミナを濾別して活性アル
ミナの接触処理を施した。つづいて、面積的8cm2の
リチウム板からなる陽極と陰極とを前記電解液中に配置
し、電流密度1m A / H2の電流を10時間以上
流して通電処理を施した。更に、前記活性アルミナの接
触処理と通電処理とを再度行った。このような処理を施
した電解液を用いて前記実施例1と同構成の非水電解液
二次電池を組み立てた。
実施例3 1.0モル濃度のホウフッ化リチウム (Li BF4)をスルホランと2−メチルテトラヒド
ロフランの混合溶媒(混合体積比率50:50)に溶解
した組成の電解液を予め前記実施例2と同様な活性アル
ミナの接触処理及び通電処理をそれぞれ2回行なった。
このような処理を施した電解液を用いて前記実施例1と
同構成の非水電解液二次電池を組み立てた。
実施例4 1.0モル濃度のホウフッ化リチウム CL+ BF、)をエチレンカーボネートと1.3−ジ
オキソランの混合溶媒(混合体積比率50 : 50)
に溶解した組成の電解液を予め前記実施例2と同様な活
性アルミナの接触処理及び通電処理をそれぞれ2回行な
った。このような処理を施した電解液を用いて前記実施
例1と同構成の非水電解液二次電池を組み立てた。
実施例5 1.0モル濃度のホウフッ化リチウム (LI BF4 )をエチレンカーボネートとジェトキ
シエタンの混合溶媒(混合体積比率50:50)に溶解
した組成の電解液を予め前記実施例2と同様な活性アル
ミナの接触処理及び通電処理をそれぞれ2回行なった。
このような処理を施した電解液を用いて前記実施例1と
同構成の非水電解液二次電池を組み立てた。
実施例6 1.0モル濃度のホウフッ化リチウム (LiBF4)をプロピレンカーボネートと2−メチル
テトラヒドロフランの混合溶媒(混合体積比率50:5
0)に溶解した組成の電解液を予め前記実施例2と同様
な活性アルミナの接触処理及び通電処理をそれぞれ2回
行なった。このような処理を施した電解液、及び非晶質
五酸化バナジウム粉末80重量%をアセナシンジ912
15重二%及びポリテトラフルオロエチレン粉末5重量
%と共に混合し、シート化し、エキスバンドメタル集電
体に圧着した構造の正極を用いて前記実施例1と同構成
の非水電解液二次電池を組み立てた。
比較例3 1.0モル濃度のホウフッ化リチウム (L[BFa )をプロピレンカーボネートと1,2−
ジメトキシエタンの混合溶媒(混合体積比率50:50
)に溶解した組成の電解液、及び非晶質五酸化バナジウ
ム粉末80重量%をアセチレンブラック15重量%及び
ポリテトラフルオロエチレン粉末5重量%と共に混合し
、シート化し、エキスバンドメタル集重体に圧着した構
造の正極を用いて前記実施例1と同構成の非水電解液二
次電池を組み立てた。
しかして、本実施例2〜6及び比較例3の非水電解液二
次電池について充電電流loom A 、放電電流lo
om Aで充放電を繰り返し行い、各電池の放電容量と
サイクル寿命を測定した。その結果を第2図に示す。な
お、第2図中には前述した比較例1.2の電池の放電容
量とサイクル寿命の特性線を併記した。
第2図から明らかなように本実施例2〜6の非水電解液
二次電池では、比較例1〜3の電池に比べて初期の電池
容量がほぼ同様な値であるが、サイクル寿命が格段に大
きくなっていることがわかる。特に、実施例2の電池は
極めて長寿命であることがわかる。また、本実施例2〜
6の非水電解液二次電池は貯蔵特性の点でも優れていた
[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば高い充放電サイクル
寿命を有すると共に貯蔵特性に優れ、しかも電池容量の
大きい非水電解液二次電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1における円筒型非水電解液二
次電池を示す断面図、第2図は本実施例2〜6及び比較
例1〜3の非水電解液二次電池の充放電サイクル数と放
電容量との関係を示す特性図である。 1・・・ステンレス容器、3・・・電極群、4・・・正
極、5・・・セパレータ、6・・・負極、訃・・封口板
、9・・・正極端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 軽金属又はその合金を活物質とする負極と、正極と、非
    水溶媒中に電解質を溶解した電解液とを備えた非水電解
    液二次電池において、 前記非水電解液の電解質としてホウフッ化リチウム(L
    iBF_4)を用い、 前記非水溶媒としてエチレンカーボネートと1,3−ジ
    オキソラン、エチレンカーボネートとジエトキシエタン
    、プロピレンカーボネートと2−メチルテトラヒドロフ
    ラン、又はスルホランと2−メチルテトラヒドロフラン
    の混合溶媒を用いたことを特徴とする非水電解液二次電
    池。
JP1184245A 1989-05-16 1989-07-17 非水電解液二次電池 Pending JPH0349165A (ja)

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JP1184245A JPH0349165A (ja) 1989-07-17 1989-07-17 非水電解液二次電池
CA002016777A CA2016777C (en) 1989-05-16 1990-05-15 Nonaqueous electrolyte secondary battery
US07/523,569 US5079109A (en) 1989-05-16 1990-05-15 Nonaqueous electrolyte secondary battery
EP90305300A EP0398689B1 (en) 1989-05-16 1990-05-16 Nonaqueous electrolyte secondary battery
DE69021637T DE69021637T2 (de) 1989-05-16 1990-05-16 Sekundärbatterie mit nichtwässerigen Elektrolyten.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008258213A (ja) * 2007-03-30 2008-10-23 Nippon Chemicon Corp 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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