JPH10116631A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JPH10116631A
JPH10116631A JP8272575A JP27257596A JPH10116631A JP H10116631 A JPH10116631 A JP H10116631A JP 8272575 A JP8272575 A JP 8272575A JP 27257596 A JP27257596 A JP 27257596A JP H10116631 A JPH10116631 A JP H10116631A
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electrolyte secondary
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光利 田中
Koichi Kondo
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Hiroshi Ishizuka
弘 石塚
Mikihiko Kato
三紀彦 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高容量で良好な充放電サイクル特性を有する
非水電解質二次電池を提供する。 【解決手段】 リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料
を含む正極(5)及び負極(4)、リチウム塩を含む非
水電解質(6)、セパレーター(3)から成る非水電解
質二次電池に於いて、該非水電解質が環状炭酸エステル
と鎖状炭酸エステルと0.1体積%以上7体積%以下の環
状エーテルを含み、含水率が1ppm以上50ppm以下かつ遊
離酸分がHFとして2ppm以上100ppm以下であることを
特徴とする非水電解質二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、充放電サイクル特
性に優れた高容量非水電解質二次電池に関し、特に充放
電サイクル性に優れた電解液と、放電容量の大きな負極
材料を用いた非水電解質二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、リチウムイオン二次電池等の非水
電解質二次電池の充放電サイクル安定性に非水電解液の
組成が大きく影響することが知られており、例えば、特
開平8−64240号公報では、特定量範囲の環状炭酸
エステルと鎖状炭酸エステルとエーテルからなる混合溶
媒にリチウム塩としてトリフルオロメタンスルホン酸リ
チウムを用いたものが提案されている。
【0003】また、特開平8−130036号公報で
は、負極に高放電容量の金属の複合酸化物を用い、非水
電解質にエチレンカーボネートと鎖状炭酸エステル等の
混合溶媒を用いることが提案されている。
【0004】これらの提案は有る程度の改良効果は示す
ものの、サイクル安定性を確保するために、電極材料が
本来有している放電容量を目減りさせる状況を大きくは
改良していない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高放
電容量と充放電サイクル安定性の両立をはかり、高容量
かつサイクル安定性の優れた非水二次電池を提供するこ
とである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、非水電解
液の特定の溶媒組成、特に環状エーテル類の存在と含水
率及び遊離酸分の制御が上記課題の解決に著しい効果の
あることを発見し本発明に至った。
【0007】本発明の課題は、リチウムを可逆的に吸蔵
放出可能な材料を含む正極及び負極、リチウム塩を含む
非水電解質、セパレーターから成る非水電解質二次電池
に於いて、該非水電解質が環状炭酸エステルと鎖状炭酸
エステルと0.1体積%以上7体積%以下の環状エーテル
を含み、含水率が0.5 ppm以上50ppm以下かつ遊離酸分が
HFとして2ppm以上100ppm以下であることを特徴とす
る非水電解質二次電池により解決された。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、以下の形態を
用いることができるが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。
【0009】(1)リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な
材料を含む正極及び負極、リチウム塩を含む非水電解
質、セパレーターから成る非水電解質二次電池に於い
て、該非水電解質が環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステ
ルと0.1体積%以上7体積%以下の環状エーテルを含
み、含水率が0.5 ppm以上50ppm以下かつ遊離酸分がHF
として2ppm以上100ppm以下であることを特徴とする非
水電解質二次電池。
【0010】(2)該非水電解質の含有するリチウム塩
がLiPF6及びLiBF4を含むことを特徴とする項1に記載の
非水電解質二次電池。
【0011】(3)該環状エーテルが、下記一般式
(1)で表されることを特徴とする項1又は2に記載の
非水電解質二次電池。
【0012】
【化2】 式中R1、R2はそれぞれ同一であっても異なってもよ
く、水素原子または炭素数8以下のアルキル基を表す。
【0013】(4)該環状エーテルのR1 、R2が水素
原子又は炭素数4以下のアルキル基であることを特徴と
する項3に記載の非水電解質二次電池。
【0014】(5)該電解液中の環状炭酸エステルの含
有量が5体積%以上30体積%以下、鎖状炭酸エステルの
含有量が60体積%以上90体積%以下であることを特徴と
する項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電
池。
【0015】(6)該電解液中の環状炭酸エステルの含
有量が15体積%以上26体積%以下、鎖状炭酸エステ
ルの含有量が71体積%以上85体積%以下、環状エーテル
の含有量が0.3体積%以上5体積%以下であることを特
徴とする項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二
次電池。
【0016】(7)該負極材料の少なくとも一種が、一
般式(2)で示されることを特徴とする項1〜6のいず
れか1項に記載の非水電解質二次電池。
【0017】 M1 2 p4 q6 r 一般式(2) (式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、P
b、P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種、
4 はLi,Na,K,Rb,Cs,Mg,Ca,S
r,Baから選ばれる少なくとも一種、M6 はO、S、
Teから選ばれる少なくとも一種、p 、q は各々0.0
01〜10、r は1.00〜50の数字を表す。)
【0018】以下、本発明の一実施形態による非水二次
電池の構成について、詳細に説明する。
【0019】本発明の非水二次電池に用いる非水電解液
は、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルと0.1体積%
以上7体積%以下の環状エーテルを含み、含水率が0.5
ppm以上50ppm以下かつ遊離酸分がHFとして2ppm以上1
00ppm以下であることを特徴としている。電解液溶媒の
環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及び環状エーテル
は、それぞれを単独に用いる場合も、組み合わせて用い
る場合も従来より知られている。また、一般に電解液中
の含水量や遊離酸性分を減らすことが二次電池の充放電
安定性を改良することも知られている。しかしながら、
0.1体積%以上7体積%以下の環状エーテルを含み、含
水率が0.5 ppm以上50ppm以下かつ遊離酸分がHFとして
2ppm以上100ppm以下に制御することが著しいサイクル
安定化効果を有し、特に後に述べる負極材料を用いたと
きには高容量とサイクル安定性の両立がはかれることは
新しい発見である。
【0020】本発明で用いることのできる環状炭酸エス
テルとしては、例えば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、2、3−
ブチレンカーボネート、1、2−ペンテンカーボネート、
2、3−ペンテンカーボネートを挙げることができる。こ
れらの中でエチレンカーボネートが特に好ましい。
【0021】鎖状炭酸エステルとしては、炭素数が3〜
8である鎖状の炭酸エステルを用いることができる。こ
れらの中で、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネ
ート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカ
ーボネートが好ましい。特に好ましいのは、ジメチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネートである。ジメチルカ
ーボネートとジエチルカーボネートは併用してもよい。
【0022】本発明において用いることのできる環状エ
ーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン、2−メチ
ルテトラヒドロフラン、1、3−ジオキソラン、1、3−ジオ
キサン、1、4−ジオキサン、トリオキサン及びこれらの
誘導体を挙げることができる。より好ましくは1、3−ジ
オキソラン、1、3−ジオキサン、1、4−ジオキサン及びこ
れらの誘導体、最も好ましくは、次の一般式(1)で表
される1、3−ジオキソラン及びその誘導体である。
【0023】
【化3】
【0024】式中R1、R2はそれぞれ同一であっても異
なってもよく、水素原子または炭素数8以下のアルキル
基を表す。より好ましくは水素原子又は炭素数4以下の
アルキル基、特に好ましくは水素原子、メチル基または
エチル基である。例えば、1、3−ジオキソラン、2−メチ
ル−1、3−ジオキソラン、2、2−ジメチル−1、3−ジオキ
ソラン、4−メチル−1、3−ジオキソラン、2−エチル−
1、3−ジオキソラン、4−エチル−1、3−ジオキソラン、2
−メチル−4−エチル−1、3−ジオキソラン、等を挙げる
ことができる。
【0025】本発明の非水電解質での各溶媒の混合比率
は、環状炭酸エステルが5〜30体積%、鎖状炭酸エス
テルが60〜90体積%、環状エーテルが0.1〜7体
積%である場合が好ましい。より好ましくは環状炭酸エ
ステルが10〜28体積%、鎖状炭酸エステルが67〜
88体積%、環状エーテルが0.2〜6体積%の混合比
率である。特に好ましくは環状炭酸エステルが15〜2
6体積%、鎖状炭酸エステルが71〜85体積%、環状
エーテルが0.3〜5体積%の場合である。
【0026】本発明の非水電解質には、他にγ−ブチロ
ラクトン、ギ酸メチル、酢酸メチル、1、2−ジメトキシ
エタン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、ジメチ
ルホルムアミド、アセトニトリル、ニトロメタン、エチ
ルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシエ
タン、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、
エチルエーテル、1、3−プロパンサルトン等の非プロト
ン性の有機溶媒を加えることができる。
【0027】本発明の非水電解質に使用できる支持塩と
しては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiP
6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6
LiSbF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸
リチウム、LiAlCl4 、LiCl、LiBr、Li
I、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム
などのLi塩を挙げることが出来、これらの一種または
二種以上を混合して使用することができる。なかでもL
iBF4またはLiPF6の使用が好ましい。更にはLi
BF4とLiPF6を組み合わせて用いるのが好ましい。
【0028】支持塩の濃度は、特に限定されないが、電
解液1リットル当たり0.2〜3モルが好ましい。これ
らの電解質を電池内に添加する量は、特に限定されない
が、電極材料の量や電池のサイズにより適宜きめること
ができる。
【0029】本発明の電解質が含有する水分量はできる
だけ少ないのが望ましい。含水量が50ppm以下が好ま
しく、40ppm以下がより好ましく、30ppm以下が特に
好ましい。水分量の下限は低い方が望ましいが0.5 ppm
以下に制御するのは困難である。含水量を少なくするに
は、電解質を作製するときに用いる有機溶媒や支持電解
質を予め充分に脱水しておくとともに、作製時の雰囲気
を低湿度の状態に保つことが必要である。電解質作製時
の雰囲気は、露点をマイナス40℃以下、より好ましく
はマイナス50℃以下に設定するのがよい。作製した電
解質は同じ低湿度の雰囲気下で保存するのが好ましい。
水分量は通常のカールフィッシャー水分測定装置で測定
することができる。
【0030】本発明の遊離酸分は100ppm以下が好ま
しく、80ppm以下がより好ましく、60ppm以下が特に
好ましい。下限は低い方が好ましいが、2ppm以下にす
るのはコスト的に困難である。本発明においては遊離酸
分はHFである。HFは支持電解質の原料として未反応
分が持ち込まれる場合と、支持電解質が水分の存在下で
分解して生成される場合とがある。従って、支持塩の精
製と水分の除去が遊離酸分を減少させるのに効果的であ
る。遊離酸分は、ブロムチモールブルーを指示薬とし、
0.1規定NaOH水溶液を用いて中和滴定して測定す
る方法等により決めることができる。
【0031】以下、本発明の非水電解質二次電池を作る
ための他の材料と製造方法について詳述する。本発明の
非水電解質二次電池に用いられる正・負極は、正極合剤
あるいは負極合剤を集電体上に塗設して作ることが出来
る。正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活物質あ
るいは負極材料のほか、それぞれに導電剤、結着剤、分
散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各種添加
剤を含むことができる。
【0032】本発明で用いられる負極材料は、電池組み
込み時に主として非晶質であることが好ましい。ここで
言う主として非晶質とはCuKα線を用いたX線回折法
で2θ値で20°から40°に頂点を有するブロードな
散乱帯を有する物であり、結晶性の回折線を有してもよ
い。好ましくはCuKα線を用いたX線回折で2θ値で
40°以上70°以下に見られる結晶性の回折線の内最
も強い強度が、2θ値で20°以上40°以下に見られ
るブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の500倍以下
であることが好ましく、さらに好ましくは100倍以下
であり、特に好ましくは5倍以下であり、最も好ましく
は 結晶性の回折線を有さないことである。
【0033】本発明で用いられる負極材料は下記一般式
(2)で表されることが好ましい。 M1 2 p4 q6 r 一般式(2) 式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、
P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種であ
り、好ましくはSi、Ge、Sn、P、B、Alであ
り、特に好ましくはSi、Sn、P、B、Alである。
4 はLi,Na,K,Rb,Cs,Mg,Ca,S
r,Baから選ばれる少なくとも一種であり、好ましく
はK,Cs,Mg,Caで、特に好ましくはCs,Mg
である。M6 はO、S、Teから選ばれる少なくとも一
種であり、好ましくはO、Sであり、特に好ましくはO
である。p 、q は各々0.001〜10であり、好まし
くは0.01〜5であり、特に好ましくは0.01〜2
である。rは1.00〜50であり、好ましくは1.0
0〜26であり、特に好ましくは1.02〜6である。
1 、M2 の価数は特に限定されることはなく、単独価
数であっても、各価数の混合物であっても良い。またM
1 、M2 、M4 の比はM2 およびM4 がM1 に対して
0.001〜10モル当量の範囲において連続的に変化
させることができ、それに応じM6 の量(一般式(2)
において、r の値)も連続的に変化する。
【0034】上記に挙げた化合物の中でも、本発明にお
いてはM1 がSnである場合が好ましく、一般式(3)
で表される。
【0035】 SnM3 p5 q7 r 一般式(3) 式中、M3 はSi 、Ge 、Pb 、P、B、Alから選ば
れる少なくとも一種であり、好ましくはSi 、Ge 、
P、B、Alであり、特に好ましくはSi 、P、B、A
lである。M5 はLi,Na,K,Rb,Cs,Mg,
Ca,Sr,Baから選ばれる少なくとも一種であり、
好ましくはCs、Mgで、特に好ましくはMgである。
7 はO、Sから選ばれる少なくとも一種であり、好ま
しくはOである。p 、q は各々0.001〜10であ
り、好ましくは0.01〜5であり、さらに好ましくは
0.01〜1.5であり、特に好ましくは0.7〜1.
5である。r は1.00〜50であり、好ましくは1.
00〜26であり、特に好ましくは1.02〜6であ
る。
【0036】本発明の負極材料の例を以下に示すが、本
発明はこれらに限定されるものではない。SnAl0.4
0.50.50.13.65、SnAl0.40.50.5
Na0.23.7 、SnAl0.40.30.5 Rb0.2
3.4 、SnAl0.40.50.5 Cs0.43.65、Sn
Al0.40.50.50.1 Ge0.053.85、SnAl
0.40.50.50.1 Mg0.1 Ge0.023.83、Sn
Al0.40.40.43.2 、SnAl0.30.5
0.22.7 、SnAl0.30.50.22.7 、SnA
0.40.50.3 Ba0.08Mg0.083.26、SnAl
0.40.40.4 Ba0.083.28、SnAl0.40.5
0.53.6 、SnAl0.40.50.5 Mg0.1
3.7
【0037】SnAl0.50.40.5 Mg0.10.2
3.65、SnB0.50.5 Li0.1 Mg0.10.2
3.05、SnB0.50.50.1 Mg0.10.23.05
SnB0.50.50.05Mg0.050.13.03、SnB
0.50.50.05Mg0.10.23.03、SnAl0.4
0.50.5 Cs0.1 Mg0.10.23.65、SnB
0.50.5 Cs0.05Mg0.050.13.03、SnB0.5
0.5 Mg0.10.13.05、SnB0.50.5 Mg
0.10.23 、SnB0.50.5 Mg0.10.06
3.07、SnB0.50.5 Mg0.10.143.03、SnP
Ba0.083.58、SnPK0.13.55、SnPK0.05
0.053.58、SnPCs0.13.55
【0038】SnPBa0.080.083.54、SnPK
0.1 Mg0.10.23.55、SnPK0.05Mg0.05
0.13.53、SnPCs0.1 Mg0.10.23.55、S
nPCs0.05Mg0.050.13.53、Sn1.1 Al0.4
0.20.6 Ba0.080.083.54、Sn1.1 Al0.4
0.20.6 Li0.10.1 Ba0.10.13.65、S
1.1 Al0.40.40.4 Ba0.083.34、Sn1.1
Al0.4 PCs0.054.23、Sn1.1 Al0.4 PK0.05
4.23、Sn1.4 Al0.50.30.4 Cs0.2
3.5 、Sn1.2 Al0.40.20.6 Ba0.083.68
Sn1.2 Al0.40.20.6 Ba0.080.083.64
Sn1.2 Al0.40.20.6 Mg0.04Ba
0.043.68、Sn1.2 Al0.40.30.5 Ba0.08
3.58
【0039】Sn1.3 Al0.30.30.4 Na0.2
3.3 、Sn1.3 Al0.20.40.4 Ca0.23.4
Sn1.3 Al0.40.40.4 Ba0.23.6 、Sn
1.4 Al0.4 PK0.24.6 、Sn1.4 Al0.2 Ba
0.1 PK0.24.45、Sn1.4 Al0.2 Ba0.2 PK
0.24.6 、Sn1.4 Al0.4 Ba0.2 PK0.2 Ba
0.10.24.9 、Sn1.4 Al0.4 PK0.34.65
Sn1.5 Al0.2 PK0.24.4 、Sn1.5 Al0.4
0.14.65、Sn1.5 Al0.4 PCs0.054.63、S
1.5 Al0.4 PCs0.05Mg0.10.24.63、Sn
Si0.5 Al0.10.20.1 Ca0.43.1 、SnS
0.4 Al0.20.42.7 、SnSi0.5 Al0.2
0.10.1 Mg0.12.8
【0040】SnSi0.6 Al0.20.22.8 、Sn
Si0.5 Al0.30.40.23.55、SnSi0.5
0.30.40.54.30、SnSi0.6 Al0.1
0.10.33.25、SnSi0.6 Al0.10.10.1
Ba0.22.95、SnSi0.6 Al0.10.10.1
0.22.95、SnSi0.6 Al0.40.2 Mg0.1
3.2 、SnSi0.6 Al0.10.30.13.05、Sn
Si0.6 Al0.2 Mg0.22.7 、SnSi0.6 Al
0.2 Ca0.22.7 、SnSi0.6 Al0.20.2
3 、SnSi0.60.20.23 、SnSi0.8 Al
0.22.9 、SnSi0.8 Al0.30.20.2
3.85、SnSi0.80.22.9
【0041】SnSi0.8 Ba0.22.8 、SnSi
0.8 Mg0.22.8 、SnSi0.8 Ca0.22.8 、S
nSi0.80.23.1 、Sn0.9 Mn0.30.4
0.4 Ca0.1 Rb0.12.95、Sn0.9 Fe0.30.4
0.4 Ca0.1 Rb0.12.95、Sn0.8 Pb0.2 Ca
0.10.93.35、Sn0.3 Ge0.7 Ba0.10.9
3.35、Sn0.9 Mn0.1 Mg0.10.93.35、Sn
0.2 Mn0.8 Mg0.10.93.35、Sn0.7 Pb0.3
Ca0.10.93.35、Sn0.2 Ge0.8 Ba0.1
0.93.35
【0042】負極材料は、例えば焼成されて得られる。
上記焼成されて得られた化合物の化学式は、測定方法と
して誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法、簡便
法として、焼成前後の粉体の重量差から算出できる。
【0043】本発明の負極材料への軽金属挿入量は、そ
の軽金属の析出電位に近似するまででよいが、例えば、
負極材料当たり50〜700モル%が好ましいが、特
に、100〜600モル%が好ましい。その放出量は挿
入量に対して多いほど好ましい。軽金属の挿入方法は、
電気化学的、化学的、熱的方法が好ましい。電気化学的
方法は、正極活物質に含まれる軽金属を電気化学的に挿
入する方法や軽金属あるいはその合金から直接電気化学
的に挿入する方法が好ましい。化学的方法は、軽金属と
の混合、接触あるいは、有機金属、例えば、ブチルリチ
ウム等と反応させる方法がある。電気化学的方法、化学
的方法が好ましい。該軽金属はリチウムあるいはリチウ
ムイオンが特に好ましい。
【0044】本発明においては、以上示したような一般
式(2)、(3)で示される化合物を主として負極材料
として用いることにより、より充放電サイクル特性の優
れた、かつ高い放電電圧、高容量で安全性が高く,電流
特性が優れた非水電解質二次電池を得ることができる。
本発明において、特に優れた効果を得ることができるの
はSnを含有し且つSnの価数が2価で存在する化合物
を負極材料として用いることである。Snの価数は化学
滴定操作によって求めることができる。例えばPhysics
and Chemistry of Glasses Vol.8 No.4 (1967)の165
頁に記載の方法で分析することができる。また、Snの
固体核磁気共鳴(NMR)測定によるナイトシフトから
決定することも可能である。例えば、幅広測定において
金属Sn(0価のSn)はSn(CH34 に対して7
000ppm付近と極端に低磁場にピークが出現するの
に対し、SnO(=2価)では100ppm付近、Sn
2 (=4価)では−600ppm付近に出現する。こ
のように同じ配位子を有する場合ナイトシフトが中心金
属であるSnの価数に大きく依存するので、119 Sn−
NMR測定で求められたピーク位置で価数の決定が可能
となる。
【0045】本発明の負極材料に各種化合物を含ませる
ことができる。例えば、遷移金属(Sc、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、
Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、ラ
ンタノイド系金属、Hf、Ta、W、Re、Os、I
r、Pt、Au、Hg)や周期表17族元素(F、C
l)を含ませることができる。また電子伝導性をあげる
各種化合物(例えば、Sb、In、Nbの化合物)のド
ーパントを含んでもよい。添加する化合物の量は0〜2
0モル%が好ましい。
【0046】本発明における一般式(2)、(3)で示
される酸化物を主体とする複合酸化物の合成法は焼成
法、溶液法いずれの方法も採用することができる。
【0047】例えば焼成法について詳細に説明するとM
1 化合物、M2 化合物とM4 化合物(M1 、M2 は相異
なりSi、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、Sb、M
4 はMg,Ca,Sr,Ba)を混合し、焼成せしめれ
ばよい。Sn化合物としてはたとえばSnO、SnO
2 、Sn23 、Sn34 、Sn713・H2 O、S
815、水酸化第一錫、オキシ水酸化第二錫、亜錫
酸、蓚酸第一錫、燐酸第一錫、オルト錫酸、メタ錫酸、
パラ錫酸、弗化第一錫、弗化第二錫、塩化第一錫、塩化
第二錫、ピロリン酸第一錫、リン化錫、硫化第一錫、硫
化第二錫、等を挙げることができる。
【0048】Si化合物としてはたとえばSiO2 、S
iO、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン等の有
機珪素化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシ
シラン等のアルコキシシラン化合物、トリクロロハイド
ロシラン等のハイドロシラン化合物を挙げることができ
る。
【0049】Ge化合物としてはたとえばGeO2 、G
eO、ゲルマニウムテトラメトキシド、ゲルマニウムテ
トラエトキシド等のアルコキシゲルマニウム化合物等を
挙げることができる。
【0050】Pb化合物としてはたとえばPbO2 、P
bO、Pb23 、Pb34 、硝酸鉛、炭酸鉛、蟻酸
鉛、酢酸鉛、四酢酸鉛、酒石酸鉛、鉛ジエトキシド、鉛
ジイソプロポキシド等を挙げることができる。
【0051】P化合物としてはたとえば五酸化リン、オ
キシ塩化リン、五塩化リン、三塩化リン、三臭化リン、
トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリプロピルリ
ン酸、ピロリン酸第一錫、リン酸ホウ素等を挙げること
ができる。
【0052】B化合物としてはたとえば三二酸化ホウ
素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、炭化ホウ素、ほう
酸、ほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリ
プロピル、ほう酸トリブチル、リン化ホウ素、リン酸ホ
ウ素等を挙げることができる。
【0053】Al化合物としてはたとえば酸化アルミニ
ウム(α−アルミナ、β−アルミナ)、ケイ酸アルミニ
ウム、アルミニウムトリ−iso−プロポキシド、亜テ
ルル酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ホウ化アルミ
ニウム、リン化アルミニウム、リン酸アルミニウム、乳
酸アルミニウム、ほう酸アルミニウム、硫化アルミニウ
ム、硫酸アルミニウム、ホウ化アルミニウム等を挙げる
ことができる。
【0054】Sb化合物としてはたとえば三酸化二アン
チモン、トリフェニルアンチモン等を挙げることができ
る。
【0055】Mg,Ca,Sr,Ba化合物としては、
各々の酸化塩、水酸化塩、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、
硝酸塩、アルミニウム化合物等を挙げることができる。
【0056】焼成条件としては、昇温速度として昇温速
度毎分4℃以上2000℃以下であることが好ましく、
さらに好ましくは6℃以上2000℃以下である。特に
好ましくは10℃以上2000℃以下であり、かつ焼成
温度としては250℃以上1500℃以下であることが
好ましく、さらに好ましくは350℃以上1500℃以
下であり、特に好ましくは500℃以上1500℃以下
であり、かつ焼成時間としては0.01時間以上100
時間以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.
5時間以上70時間以下であり、特に好ましくは1時間
以上20時間以下であり、かつ降温速度としては毎分2
℃以上107 ℃以下であることが好ましく、さらに好ま
しくは4℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは6
℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは10℃以上
107 ℃以下である。
【0057】本発明における昇温速度とは「焼成温度
(℃表示)の50%」から「焼成温度(℃表示)の80
%」に達するまでの温度上昇の平均速度であり、本発明
における降温速度とは「焼成温度(℃表示)の80%」
から「焼成温度(℃表示)の50%」に達するまでの温
度降下の平均速度である。
【0058】降温は焼成炉中で冷却してもよくまた焼成
炉外に取り出して、例えば水中に投入して冷却してもよ
い。またセラミックスプロセッシング(技報堂出版 1
987)217頁記載のgun法・Hammer−An
vil法・slap法・ガスアトマイズ法・プラズマス
プレー法・遠心急冷法・melt drag法などの超
急冷法を用いることもできる。またニューガラスハンド
ブック(丸善 1991)172頁記載の単ローラー
法、双ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中に溶融
する材料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ焼成物
を連続的に取り出してもよい。焼成中に溶融する材料の
場合には融液を攪拌することが好ましい。
【0059】焼成ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が
5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性
ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられ
る。
【0060】本発明で用いられる一般式(2)、(3)
で示される化合物の平均粒子サイズは0.1〜60μm
が好ましく、1.0〜30μm が特に好ましく、2.0
〜20μm がさらに好ましい。所定の粒子サイズにする
には、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例え
ば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、
衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェット
ミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あるいはメ
タノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要に応
じて行うことが出来る。所望の粒径とするためには分級
を行うことが好ましい。分級方法としては特に限定はな
く、篩、風力分級機、水ひなどを必要に応じて用いるこ
とができる。分級は乾式、湿式ともに用いることができ
る。
【0061】本発明で用いられるより好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極材料としては、リチウム化合物
/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Wから選ばれる少
なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2になる
ように混合して合成することが好ましい。本発明で用い
られるとくに好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極
材料としては、リチウム化合物/遷移金属化合物(ここ
で遷移金属とは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niか
ら選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜
2.2になるように混合して合成することが好ましい。
【0062】本発明で用いられるとくに好ましいリチウ
ム含有遷移金属酸化物正極材料とは、Lix QOy (こ
こでQは主として、その少なくとも一種がCo、Mn、
Ni、V、Feを含む遷移金属、x=0.2〜1.2、
y=1.4〜3)であることが好ましい。Qとしては遷
移金属以外にAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、S
b、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量
は遷移金属に対して0〜30モル%が好ましい。
【0063】本発明で用いられるさらに好ましいリチウ
ム含有金属酸化物正極材料としては、Lix CoO2
Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa Ni
1-a 2 、Lix Cob 1-bz 、Lix Cob Fe
1-b2 、Lix Mn24 、Lix Mnc Co2-c
4 、Lix Mnc Ni2-c4 、Lix Mnc 2-c
4 、Lix Mnc Fe2-c4 (ここでx=0.02〜
1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、
c=1.6〜1.96、z=2.01〜2.3)があげ
られる。
【0064】本発明で用いられる最も好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極材料としては、Lix CoO
2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa
1-a2 、Lix Mn24 、Lix Cob 1-b
z (ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.
9、b=0.9〜0.98、z=2.01〜2.3)が
あげられる。ここで、上記のx値は、充放電開始前の値
であり、充放電により増減する。
【0065】本発明で使用出来る導電性の炭素化合物と
しては、構成された電池において、化学変化を起こさな
い電子伝導性材料であれば何でもよい。具体例として
は、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、石
油コークス、石炭コークス、セルロース類、糖類、メソ
フェーズピッチ等の高温焼成体、気相成長黒鉛等の人工
黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ファー
ネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラッ
ク、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブ
ラック類、アスファルトピッチ、コールタール、活性
炭、メソフューズピッチ、ポリアセン等をあげることが
出来る。これらの中では、グラファイトやカーボンブラ
ックが好ましい。
【0066】炭素系以外の導電剤として、金属繊維等の
導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金
属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィス
カー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物等を単独また
はこれらの混合物を必要に応じて含ませることが出来
る。
【0067】導電剤の合剤層への添加量は、負極材料ま
たは正極材料に対し6〜50重量%であることが好まし
く、特に6〜30重量%であることが好ましい。カーボ
ンや黒鉛では、6〜20重量%であることがが特に好ま
しい。
【0068】本発明で用いる電極合剤を保持するための
結着剤としては、多糖類、熱可塑性樹脂及びゴム弾性を
有するポリマーの一種またはこれらの混合物を用いるこ
とが出来る。好ましい結着剤としては、でんぷん、カル
ボキシメチルセルロース、セルロース、ジアセチルセル
ロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルセルロース、アルギン酸Na、
ポリアクリル酸、ポリアクリル酸Na、ポリビニルフェ
ノール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコ
ール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポ
リヒドロキシ(メタ)アクリレート、スチレン−マレイ
ン酸共重合体等の水溶性ポリマー、ポリビニルクロリ
ド、ポリテトラフルロロエチレン、ポリフッ化ビニリデ
ン、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共
重合体、ビニリデンフロライド−テトラフロロエチレン
−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリ
マー(EPDM)、スルホン化EPDM、ポリビニルア
セタール樹脂、メチルメタアクリレート、2−エチルヘ
キシルアクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルを
含有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(メ
タ)アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、
ビニルアセテート等のビニルエステルを含有するポリビ
ニルエステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合
体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリブタ
ジエン、ネオプレンゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオ
キシド、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテル
ポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹
脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
等のエマルジョン(ラテックス)あるいはサスペンジョ
ンを挙げることが出来る。特にポリアクリル酸エステル
系のラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが好まし
い。
【0069】これらの結着剤は単独または混合して用い
ることが出来る。その結着剤の添加量は、少ないと電極
合剤の保持力・凝集力が弱くまたサイクル性が悪く、多
すぎると電極体積が増加し電極単位体積あるいは単位重
量あたりの容量が減少し、さらに導電性が低下し、容量
は減少する。結着剤の添加量は、特に限定されないが、
1〜30重量%が好ましく、特に2〜10重量%が好ま
しい。
【0070】本発明の負極合剤または正極合剤ペースト
の調整は、水系で行うことが好ましい。
【0071】合剤ペーストの調整は、まず活物質および
導電剤を混合し、結着剤(樹脂粉体のサスペンジョンま
たはエマルジョン(ラテックス)状のもの)および水を
加えて混練混合し、引続いて、ミキサー、ホモジナイザ
ー、ディゾルバー、プラネタリミキサー、ペイントシェ
イカー、サンドミル等の攪拌混合機、分散機で分散して
行うことが出来る。
【0072】調整された正極活物質や負極活物質の合剤
ペーストは、集電体の上に塗布(コート)、乾燥、圧縮
されて、主に用いられる。塗布は種々の方法で行うこと
が出来るが、例えば、リバースロール法、ダイレクトロ
ール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン
法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及び
スクイーズ法を挙げることが出来る。ブレード法、ナイ
フ法及びエクストルージョン法が好ましい。塗布は、
0.1〜100m/分の速度で実施されることが好まし
い。この際、合剤ペーストの液物性、乾燥性に合わせ
て、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層
の表面状態を得ることが出来る。その塗布層の厚み、長
さや巾は、電池の大きさにより決められるが、塗布層の
厚みは、乾燥後圧縮された状態で、1〜2000μmが
特に好ましい。
【0073】ペレットやシートの水分除去のための乾燥
又は脱水方法としては、一般に採用されている方法を利
用することができ、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電
子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせて用いること
が出来る。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特
に100〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池
全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極
合剤や電解質ではそれぞれ500ppm以下にすること
が充放電サイクル性の点で好ましい。
【0074】シート状の電極合剤の圧縮は、一般に採用
されているプレス方法を用いることが出来るが、特に金
型プレス法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧
は、特に限定されないが、10kg/cm2 〜3t/c
2 が好ましい。カレンダープレス法のプレス速度は、
0.1〜50m/分が好ましい。プレス温度は、室温〜
200℃が好ましい。
【0075】本発明で使用できる正極及び負極の支持体
即ち集電体は、材質として、正極にはアルミニウム、ス
テンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金で
あり、負極には銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、
またはこれらの合金であり、形態としては、箔、エキス
パンドメタル、パンチングメタル、金網である。特に、
正極にはアルミニウム箔、負極には銅箔が好ましい。
【0076】本発明で使用できるセパレータは、イオン
透過度が大きく、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄
膜であれば良く、材質として、オレフィン系ポリマー、
フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミ
ド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、
形態として、不織布、織布、微孔性フィルムが用いられ
る。特に、材質として、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンとポリエチレンの混合体、ポリプロ
ピレンとテフロンの混合体、ポリエチレンとテフロンの
混合体が好ましく、形態として微孔性フィルムであるも
のが好ましい。特に、孔径が0.01〜1μm、厚みが
5〜50μmの微孔性フィルムが好ましい。
【0077】図1は、シリンダー型電池の一例を示す断
面図である。電池の形状はボタン、コイン、シート、シ
リンダー、角などのいずれにも適用できる。電池は、ペ
レット、シート状あるいはセパレーター3と共に巻回し
た電極シート4、5を電池缶2に挿入し、缶と電極を電
気的に接続し、電解液6を注入し封口して形成する。リ
ング11を備えた内部フタ体10がポリプロピレン製ガ
スケット1を介して電池缶2の上部口に嵌合し、正極端
子を兼ねる正極キャップ8を上部に露出させる。この
時、安全弁7(防爆弁体)を封口板として用いることが
できる。更に電池の安全性を保証するためにPTC素子
9を用いるのが好ましい。
【0078】本発明で使用できる有底電池外装缶は材質
としてニッケルメッキを施した鉄鋼板、ステンレス鋼板
(SUS304、SUS304L,SUS304N、S
US316、SUS316L、SUS430、SUS4
44等)、ニッケルメッキを施したステンレス鋼板(同
上)、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタ
ン、銅であり、形状として、真円形筒状、楕円形筒状、
正方形筒状、長方形筒状である。特に、外装缶が負極端
子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを
施した鉄鋼板が好ましく、外装缶が正極端子を兼ねる場
合は、ステンレス鋼板、アルミニウムまたはその合金が
好ましい。
【0079】該シート状の合剤電極は、巻いたり、折っ
たりして缶に挿入し、缶とシートを電気的に接続し、電
解質を注入し、封口板を用いて電池缶を形成する。この
とき、安全弁を封口板として用いることが出来る。安全
弁の他、従来から知られている種々の安全素子を備えつ
けても良い。例えば、過電流防止素子として、ヒュー
ズ、バイメタル、PTC(正温度係数)素子等が用いら
れる。また、安全弁のほかに電池缶の内圧上昇の対策と
して、電池缶に切込を入れる方法、ガスケット亀裂方法
あるいは封口板亀裂方法を利用することが出来る。ま
た、充電機に過充電や過放電対策を組み込んだ回路を具
備させても良い。
【0080】電解質は、全量を1回で注入してもよい
が、2段階以上に分けて行うことが好ましい。2段階以
上に分けて注入する場合、それぞれの液は同じ組成で
も、違う組成(例えば、非水溶媒あるいは非水溶媒にリ
チウム塩を溶解した溶液を注入した後、前記溶媒より粘
度の高い非水溶媒あるいは非水溶媒にリチウム塩を溶解
した溶液を注入)でも良い。また、電解質の注入時間の
短縮等のために、電池缶を減圧(好ましくは500〜1
torr 、より好ましくは400〜10 torr )したり、
電池缶に遠心力や超音波をかけることを行ってもよい。
【0081】缶やリード板は、電気伝導性をもつ金属や
合金を用いることが出来る。例えば、鉄、ニッケル、チ
タン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウム等の金属
あるいはそれらの合金が用いられる。キャップ、缶、シ
ート、リード板の溶接法は、公知の方法(例、直流又は
交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波溶接)を用いる
ことが出来る。封口用シール剤は、アスファルト等の従
来から知られている化合物や混合物を用いることが出来
る。
【0082】本発明で使用できるガスケットは、材質と
して、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セル
ロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミドであり、耐
有機溶媒性及び低水分透過性から、オレフィン系ポリマ
ーが好ましく、特にプロピレン主体のポリマーが好まし
い。さらに、プロピレンとエチレンのブロック共重合ポ
リマーであることが好ましい。
【0083】本発明の電池は必要に応じて外装材で被覆
される。外装材としては、熱収縮チューブ、粘着テー
プ、金属フィルム、紙、布、塗料、プラスチックケース
等がある。また、外装の少なくとも一部に熱で変色する
部分を設け、使用中の熱履歴がわかるようにしても良
い。
【0084】本発明の電池は必要に応じて複数本を直列
及び/または並列に組み電池パックに収納される。電池
パックには正温度係数抵抗体、温度ヒューズ、ヒューズ
及び/または電流遮断素子等の安全素子の他、安全回路
(各電池及び/または組電池全体の電圧、温度、電流等
をモニターし、必要なら電流を遮断する機能を有す回
路)を設けても良い。また電池パックには、組電池全体
の正極及び負極端子以外に、各電池の正極及び負極端
子、組電池全体及び各電池の温度検出端子、組電池全体
の電流検出端子等を外部端子として設けることもでき
る。また電池パックには、電圧変換回路(DC−DCコ
ンバータ等)を内蔵しても良い。また各電池の接続は、
リード板を溶接することで固定しても良いし、ソケット
等で容易に着脱できるように固定しても良い。さらに
は、電池パックに電池残存容量、充電の有無、使用回数
等の表示機能を設けても良い。
【0085】本発明の電池は様々な機器に使用される。
特に、ビデオムービー、モニター内蔵携帯型ビデオデッ
キ、モニター内蔵ムービーカメラ、コンパクトカメラ、
一眼レフカメラ、レンズ付きフィルム、ノート型パソコ
ン、ノート型ワープロ、電子手帳、携帯電話、コードレ
ス電話、ヒゲソリ、電動工具、電動ミキサー、自動車等
に使用されることが好ましい。
【0086】
【実施例】以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。
【0087】〔正極合剤ペーストの作成〕正極活物質の
LiCoO2 を次のようにして作った。炭酸リチウムと
四酸化三コバルトとを3:2のモル比で混合したものを
アルミナるつぼにいれ、空気中、毎分2℃で750℃に
昇温し4時間仮焼した後、さらに毎分2℃の速度で90
0℃に昇温しその温度で8時間焼成し、その後粉砕して
LiCoO2 の粒子粉末を作成した。作成したLiCo
2 粒子は、中心粒子サイズが5μm、洗浄品50gを
100mlの水に分散した時の分散液の電導度は0.6
mS/m、pHは10.1、窒素吸着法による比表面積
は0.42m2 /gであった。このLiCoO2 粒子2
00gとアセチレンブラック10gとを、ホモジナイザ
ーで混合し、続いて結着剤として2−エチルヘキシルア
クリレートとアクリル酸とアクリロニトリルの共重合体
の水分散物(固形分濃度50重量%)8gと、濃度2重
量%のカルボキシメチルセルロース水溶液を60gを加
え混練混合し、さらに水50gを加え、ホモジナイザー
で攪拌混合し、正極合剤ペーストを作成した。
【0088】〔負極合剤ペーストの作成〕SnGe0.1
0.50.58Mg0.10.13.35(一酸化錫6.7
g、ピロリン酸錫10.3g、三酸化二硼素1.7g、
炭酸カリウム0.7g、酸化マグネシウム0.4g、二
酸化ゲルマニウム1.0gを乾式混合し、アルミナ製る
つぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃/分で1100℃
まで昇温し、1100℃で12時間焼成した後、10℃
/分で室温にまで降温し焼成炉より取り出したものを集
め、ジェットミルで粉砕したもの(平均粒径4.5μm
、CuKα線を用いたX線回折法において2θ値で2
8°付近に頂点を有するブロードなピークを有する物で
あり、2θ値で40°以上70°以下には結晶性の回折
線は見られなかった。)200gと、導電剤(人造黒
鉛)30gとをホモジナイザーで混合し、さらに結着剤
として濃度2重量%のカルボキシメチルセルロース水溶
液50g、ポリフッ化ビニリデン10gとを加え混合し
たものとさらに水を30g加え混練混合し、負極合剤ペ
ーストF−1を作成した。ポリフッ化ビニリデンは約
0.1μmの微粒子を用いた。
【0089】負極合剤ペーストF−2は、市販の石油コ
ークス(日本ペトロレーム社製、PC−R)を230g
用い、濃度2重量%のカルボキシメチルセルロース水溶
液50g、ポリフッ化ビニリデン10gとを加え混合し
たものと水を30g加えさらに混練混合して作った。
【0090】〔正極および負極電極シートの作成〕上記
で作成した正極合剤ペーストをブレードコーターで厚さ
30μmのアルミニウム箔集電体の両面に、塗布量40
0g/m2 、圧縮後のシートの厚みが280μmになる
ように塗布し、乾燥した後、ローラープレス機で圧縮成
型し所定の大きさに裁断し、帯状の正極シートを作成し
た。さらにドライボックス(露点;−50℃以下の乾燥
空気)中で遠赤外線ヒーターにて充分脱水乾燥し、正極
シートを作成した。
【0091】同様に、負極合剤ペーストF−1とF−2
を20μmの銅箔集電体に塗布し、上記正極シート作成
と同様の方法で、圧縮後のシートの厚みが90μmであ
る負極シートA、Bをそれぞれ作成した。
【0092】〔電解質調整〕アルゴン雰囲気で、200
ccの細口のポリプロピレン容器に80mlの炭酸ジエ
チル(DEC)を入れ、これに液温が30℃を越えない
ように注意しながら、20mlの炭酸エチレン(EC)
を少量ずつ溶解した。次にこの混合溶媒に、支持塩とし
て0.469gのLiBF4 ,14.43gのLiPF
6 を液温が30℃を越えないように注意しながら、上記
の順番で、上記混合溶媒に少量ずつ溶解した。得られた
電解質は比重1.135で無色透明の液体であった。水
分は18ppm(京都電子製 商品名MKC−210型
カールフィシャー水分測定装置で測定)、遊離酸分は2
0ppm(ブロムチモールブルーを指示薬とし、0.1
規定NaOH水溶液を用いて中和滴定して測定)であっ
た。この電解質を比較用のC−1とする。
【0093】更にDECとECの後にエーテル類を下表
1に従って混合する以外は電解質C−1と同様にして本
実施例による電解質Aを作った。尚、電解質の調整は、
十分に脱水した薬品及び容器を用い、ドライブース(露
点マイナス60℃の乾燥空気)内で行った。下表1にお
いて支持塩は電解質C−1と同じものは併用と記載、組
成の異なるものは表の下に記載した。
【0094】
【表1】 電解質の組成 電解質 DEC量 EC量 添加溶媒種 添加量 支持塩 水分量 遊離酸分 の番号 ml ml ml ppm ppm C−1 80 20 なし 0 併用 8 20 C−2 80 20 1、3-ジオキソラン 0.01 併用 8 20 A−1 80 20 同上 0.1 併用 8 20 A−2 79.8 19.9 同上 0.3 併用 8 20 A−3 79.6 19.9 同上 0.5 併用 8 20 A−4 78 19.5 同上 2.5 併用 8 20 A−5 77.6 19.4 同上 3.0 併用 8 20 A−6 76 19 同上 5.0 併用 8 20 A−7 74.5 18.5 同上 7.0 併用 8 20 A−8 95 5 同上 0.1 併用 8 20 A−9 70 30 同上 0.1 併用 8 20 A−10 78 19.5 テトラヒドロフラン 2.5 併用 8 20 A−11 79.6 19.9 テトラヒドロピラン 0.5 併用 8 20 A−12 78 19.5 1、3-ジオキサン 2.5 併用 8 20 A−13 78 19.5 1、4-ジオキサン 2.5 併用 8 20 A−14 78 19.5 1、3-ジオキソラン 2.5 単独*1 8 20 C−3 78 19.5 同上 2.5 併用 60 120 C−4 72 18 同上 10 併用 8 20 C−5 80 20 なし 0 単独*1 8 20 C−6 80 20 1、3-ジオキソラン 0.01 単独*1 8 20 単独*1は、LiPF6 のみを15.19g用いた。
【0095】〔シリンダー電池の作成〕図1に示すよう
に、正極シート5、微孔性ポリプロピレンフィルム製セ
パレーター、負極シートA(4)およびセパレーター3
の順に積層し、これを渦巻き状に巻回した。この巻回体
を負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の有底
円筒型電池缶2に収納した。さらに電解質6として表1
に記載の電解質を電池缶2内に注入した。正極端子を有
する電池蓋8、PTC素子9、防爆弁体7等を重ね、ガ
スケット1を介してかしめて円筒型電池を作成した。
【0096】上記の方法で作成した電池について、電流
密度5mA/cm2 、充電終止電圧4.1V、放電終止
電圧2.8Vの条件で充放電し、放電容量およびサイク
ル寿命を求めた。
【0097】それぞれの電池のサイクル性(充放電1回
目に対する300回目容量の割合)を表2に示す。放電
容量は、電池番号1と21を100としたときの相対値
として示す。
【0098】
【表2】電池番号 負極シート 電解質番号 放電容量 サイクル性 1 比較電池 A C−1 100 68 2 同上 A C−2 100 69 3 本実施例電池 A A−1 100 80 4 同上 A A−2 100 82 5 同上 A A−3 100 82 6 同上 A A−4 99 86 7 同上 A A−5 99 84 8 同上 A A−6 99 82 9 同上 A A−7 98 78 10 同上 A A−8 100 74 11 同上 A A−9 99 78 12 同上 A A−10 98 73 13 同上 A A−11 98 71 14 同上 A A−12 98 75 15 同上 A A−13 98 72 16 同上 A A−14 99 82 17 比較電池 A C−3 91 59 18 同上 A C−4 96 69 19 同上 A C−5 100 67 20 同上 A C−6 100 67 21 同上 B C−1 100 69 22 本実施例電池 B A−4 99 89 23 同上 B A−14 99 86 24 比較電池 B C−5 99 68
【0099】比較電池番号17は、電解質C−3の水分
量が60ppmであり、遊離酸分が120ppmであ
る。それに対し、本実施例では、水分量が8ppmであ
り、遊離酸分が20ppmである電解質を用いた電池を
作成した。電解質の水分量及び遊離酸分が少ない方が放
電容量及びサイクル性が大きく、良好な結果が得られ
た。電解質の水分量は50ppm以下が好ましく、遊離
酸分は100ppm以下が好ましい。ただし、水分量を
0.5ppm以下に制御することが困難であり、遊離酸
分を2ppm以下に制御することはコスト的に困難であ
る。従って、電解質は、水分量が0.5ppm以上50
ppm以下、かつ遊離酸分が2ppm以上100ppm
以下であることが好ましい。
【0100】比較電池番号1、2、19、20、21、
24は、全て電解質に環状エーテルが0.01体積%以
下しか入っていない。比較電池番号18は、電解質に環
状エーテルが10体積%入っている。それに対し、本実
施例による電池番号3〜16、22、23は、電解質に
環状エーテルが0.1〜7.0体積%入っている。本実
施例による電池は、サイクル性が大きく良好である。電
解質は、0.1体積%以上7体積%以下の環状エーテル
を含むことが好ましい。その場合、環状エーテルの他、
環状炭酸エステルが5〜30体積%、鎖状炭酸エステル
が60〜90体積%であることが好ましい。特に好まし
くは、環状炭酸エステルが15〜26体積%、鎖状炭酸
エステルが71〜85体積%、環状エーテルが0.3〜
5体積%の混合比率である。
【0101】本実施例の電池番号16は、電解質A−1
4に指示塩としてLiPF6 のみを用いた。それに対
し、本実施例による電池番号6は、電解質A−4に支持
塩としてLiBF4 とLiPF6 を併用した。LiBF
4 とLiPF6 を併用した方が、サイクル性が大きくな
り良好である。電解質は、支持塩としてLiBF4 とL
iPF6 を含むことが好ましい。
【0102】
【発明の効果】本発明のように、環状炭酸エステルと鎖
状炭酸エステルと特定量の環状エーテルを用い、水分量
と遊離酸分を規定した電解液を用いると放電容量とサイ
クル性の両立した非水二次電池を作ることができる。特
にこの効果は、負極に所定の酸化物を用いると大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実施例に使用したシリンダー型電池の断
面図を示す。
【符号の説明】
1 ポリプロピレン製ガスケット 2 負極端子を兼ねる負極缶(電池缶) 3 セパレーター 4 負極シート 5 正極シート 6 非水電解液 7 防爆弁体 8 正極端子を兼ねる正極キャップ 10 内部フタ体 11 リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 弘 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内 (72)発明者 加藤 三紀彦 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料
    を含む正極及び負極、リチウム塩を含む非水電解質、セ
    パレーターから成る非水電解質二次電池に於いて、該非
    水電解質が環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルと0.1
    体積%以上7体積%以下の環状エーテルを含み、含水率
    が0.5 ppm以上50ppm以下かつ遊離酸分がHFとして2pp
    m以上100ppm以下であることを特徴とする非水電解質二
    次電池。
  2. 【請求項2】 該非水電解質の含有するリチウム塩がLi
    PF6及びLiBF4を含むことを特徴とする請求項1に記載の
    非水電解質二次電池。
  3. 【請求項3】 該環状エーテルが、下記一般式(1)で
    表されることを特徴とする請求項1又は2に記載の非水
    電解質二次電池。 【化1】 式中R1、R2はそれぞれ同一であっても異なってもよ
    く、水素原子または炭素数8以下のアルキル基を表す。
  4. 【請求項4】 該環状エーテルのR1 、R2が水素原子
    又は炭素数4以下のアルキル基であることを特徴とする
    請求項3に記載の非水電解質二次電池。
  5. 【請求項5】 該電解液中の環状炭酸エステルの含有量
    が5体積%以上30体積%以下、鎖状炭酸エステルの含有
    量が60体積%以上90体積%以下であることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電
    池。
  6. 【請求項6】 該電解液中の環状炭酸エステルの含有量
    が15体積%以上26体積%以下、鎖状炭酸エステルの含有
    量が71体積%以上85体積%以下、環状エーテルの含有量
    が0.3体積%以上5体積%以下であることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電
    池。
  7. 【請求項7】 該負極材料の少なくとも一種が、一般式
    (2)で示されることを特徴とする請求項1〜6のいず
    れか1項に記載の非水電解質二次電池。 M1 2 p4 q6 r 一般式(2) (式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、P
    b、P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種、
    4 はLi,Na,K,Rb,Cs,Mg,Ca,S
    r,Baから選ばれる少なくとも一種、M6 はO、S、
    Teから選ばれる少なくとも一種、p 、q は各々0.0
    01〜10、r は1.00〜50の数字を表す。)
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