JPH1050344A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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- JPH1050344A JPH1050344A JP8299547A JP29954796A JPH1050344A JP H1050344 A JPH1050344 A JP H1050344A JP 8299547 A JP8299547 A JP 8299547A JP 29954796 A JP29954796 A JP 29954796A JP H1050344 A JPH1050344 A JP H1050344A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
電池を提供すること。 【解決手段】 リチウムを吸蔵,放出できる正極21
と,リチウム金属,リチウム合金若しくはリチウムを吸
蔵,放出できる物質又は導電性物質からなる負極22
と,両極の間に設けたセパレータ3と,該セパレータに
含浸させた非水電解液1と,電池容器5とを有する。非
水電解液は,添加剤として,トリアジン及びその誘導
体,2−(2−ベンゾトリアゾ−ル)−P−クレゾ−ル
及びその誘導体又はクマリン及びその誘導体のグループ
から選ばれる1種又は2種以上からなる複素環式化合物
を含有する。負極22は,上記複素環式化合物を含む処
理液により表面処理が施されていることが好ましい。
Description
動車等における電源として用いられる,充電により再利
用可能な,非水電解質二次電池に関する。
極と非水電解液とからなる非水電解質二次電池は,高電
圧で,高エネルギー密度を有する。そのため,近年,コ
ードレス電源,小型携帯用電源,或いは電気自動車等に
おける電源としての利用が期待されている。
水電解質二次電池を,各種電源として使用するに当たっ
ては,更に,電池の高寿命化が求められる。かかる電池
寿命を支配する要因としては,充放電サイクルに伴う負
極上へのデンドライト生成,負極表面の状態に起因する
電流集中,非水電解液と負極の副反応等があげられる。
これらの要因には,負極表面の状態が大きく寄与してお
り,負極表面膜を改質する必要がある。
間使用することができる非水電解質二次電池を提供しよ
うとするものである。
蔵,放出できる正極と,リチウム金属,リチウム合金若
しくはリチウムを吸蔵,放出できる物質又は導電性物質
からなる負極と,上記正極と負極との間に設けたセパレ
ータと,該セパレータに含浸させた非水電解液と,電池
容器とを有する非水電解質二次電池において,上記非水
電解液は,添加剤として,トリアジン及びその誘導体,
2−(2−ベンゾトリアゾ−ル)−P−クレゾ−ル及び
その誘導体,又はクマリン及びその誘導体のグループか
ら選ばれる1種又は2種以上からなる複素環式化合物を
含有することを特徴とする非水電解質二次電池である。
電解液に上記の複素環式化合物が添加されている。その
ため,負極表面が改質され,負極表面への電流集中を防
止でき,デンドライトの成長を抑制することができる。
また,電池の内部抵抗が小さくなり,かつ電池の保存性
も向上する。従って,電池を長期間使用することができ
る。
は,以下によるものと考えられる。即ち,上記複素環式
化合物は非共有電子対を持つ窒素原子を有する。この窒
素原子は複素環式化合物における吸着サイトとなり,負
極に吸着する。そのため,複素環式化合物と,リチウム
との相互作用性が高くなる。それ故,非水電解液と負極
との界面を改質して抵抗の低い負極表面層を形成する。
そのため,電流集中を防止し,デンドライトの生成を抑
制できるものと思われる。
に,上記複素環式化合物を0.01mol・dm-3以
上,0.2mol・dm-3未満の割合で含有することが
好ましい。0.01mol・dm-3未満の場合,又は
0.2mol・dm-3以上の場合には,サイクル試験後
の充放電効率が低下するおそれがある(表1参照)。
蔵,放出できる正極と,リチウム金属,リチウム合金若
しくはリチウムを吸蔵,放出できる物質又は導電性物質
からなる負極と,上記正極と負極との間に設けたセパレ
ータと,該セパレータに含浸させた非水電解液と,電池
容器とを有する非水電解質二次電池において,上記負極
は,添加剤として,トリアジン及びその誘導体,2−
(2−ベンゾトリアゾ−ル)−P−クレゾ−ル及びその
誘導体,又はクマリン及びその誘導体のグループから選
ばれる1種又は2種以上からなる複素環式化合物を含有
する処理液により,表面処理が施されていることを特徴
とする非水電解質二次電池である。
の処理液に添加している点が,複素環式化合物を非水電
解液に添加している請求項1の発明と異なる。請求項3
の発明において,処理液に含まれる複素環式化合物は,
上記請求項1の発明と同様である。上記処理液による表
面処理方法としては,例えば負極を処理液に浸漬する方
法がある。
物を含む処理液により負極の表面処理を行っているた
め,上記請求項1の発明と同様の効果を発揮することが
できる。その理由は,上記複素環式化合物が,上記と同
様に負極表面に抵抗の低い負極表面層を形成し,この負
極表面層が負極と非水電解液との反応を抑制しているも
のと思われる。
上記複素環式化合物を0.01mol・dm-3以上,
0.2mol・dm-3未満の割合で含有することが好ま
しい。その理由は,0.01mol・dm-3未満の場
合,又は0.2mol・dm-3以上の場合には,サイク
ル試験後の充放電効率が低下するおそれがあるからであ
る(表1参照)。
トリアジン及びその誘導体は,請求項5の発明のよう
に,下記の「化1」又は「化2」に示す一般式により表
される物質であり,かつ,「化1」及び「化2」におけ
るR1 ,R2 ,R3 は,水素(−H),メチル基(−C
H3 ),エチル基(−C2 H5 ),アミノ基(−N
H2),ヒドロキシル基(−OH基),ビニル基(−C
H=CH2 ),2−ピリジル基(C5 NH4 ),又はフ
ェニル基(−C6 H5 )のいずれかであることが好まし
い。これにより,非水電解質二次電池の充放電効率が一
層高くなる。「化1」及び「化2」において,R1 ,R
2 ,R3 は,互いに異種であってもよいし,同種であっ
てもよい。
2−(2−ベンゾトリアゾ−ル)−P−クレゾ−ル及び
その誘導体は,請求項6の発明のように,下記の「化
3」に示す一般式により表される物質であり,かつ,
「化3」におけるR4 ,R5 は,水素(−H),メチル
基(−CH3 ),エチル基(−C2 H5 ),アミノ基
(−NH2 ),ヒドロキシル基(−OH基),ビニル基
(−CH=CH2 ),2−ピリジル基(C5 NH4 )又
はフェニル基(−C6 H5 )のいずれかであることが好
ましい。これにより,非水電解質二次電池の充放電効率
が一層高くなる。「化3」において,R4 ,R5 は,互
いに異種であってもよいし,同種であってもよい。
リン及びその誘導体は,下記の「化4」に示す一般式に
より表される物質であり,かつ,「化4」における
R6 ,R7 ,R8 は水素(−H),メチル基(−C
H3 ),エチル基(−C2 H5 ),アミノ基(−N
H2 ),ヒドロキシル基(−OH),カルボキシル基
(−COOH),アセチル基(−COCH3 ),トリフ
ルオロメチル基(CF3 )のいずれかであることが好ま
しい。これにより,非水電解質二次電池の充放電効率が
一層高くなる。「化4」において,R6 ,R7 ,R
8 は,互いに異種であってもよいし,同種であってもよ
い。
二次電池について,図1〜図15を用いて,比較例と共
に説明する。まず,各種の実施例及び比較例における非
水電解質二次電池の基本構成について,図1を用いて説
明する。非水電解質二次電池9は,図1に示すごとく,
リチウムを吸蔵,放出できる正極21と,リチウム金
属,リチウム合金若しくはリチウムを吸蔵,放出できる
物質又は導電性物質からなる負極22と,正極21と負
極22との間に設けたセパレータ3と,セパレータ3に
含浸させた非水電解液1と,電池容器5とを有してい
る。
ジメトキシエタンとの等容積混合溶媒に,電解質として
のLiPF6 を1mol・dm-3濃度となるように溶解
したものである。
活物質とする合剤をプレス成形したものを用いる。負極
22としてはリチウム箔を用い,セパレータ3としては
ポリプロピレン製のフィルムを用いる。また,正極21
及び負極22は,いずれもセパレータ3と反対側に集電
体210,220を有している。正極側集電体210は
SUS304を,負極側集電体220はニッケルエキス
パンドメタルを用いる。
容器52と,両者を電気絶縁すると共に固定するための
ガスケット53とからなる。正極側容器51及び負極側
容器52はステンレス鋼を,ガスケット53はポリプロ
ピレンを用いる。本例の非水電解質二次電池9は,コイ
ン型非水電解質二次電池である。以下,実施例1〜1
4,比較例C1〜C4について,個別に説明する。
は,上記基本構成の非水電解液に,更に,複素環式化合
物としての1,3,5−トリアジンを溶解した非水電解
液を用いている。即ち,本例における非水電解液は,電
解質を溶解した混合溶媒に,更に,1,3,5−トリア
ジン(図2)を0.01mol・dm-3濃度となるよう
溶解したものである。その他は,上記基本構成と同様で
ある。
は,上記基本構成の非水電解液に,更に1,3,5−ト
リアジン(図2)を0.05mol・dm-3濃度となる
よう溶解している他は,上記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液そのものを非水電解液と
して用いている。
は,上記基本構成の非水電解液に,更に1,3,5−ト
リアジン(図2)を0.005mol・dm-3濃度とな
るよう溶解している他は,上記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液に,更に1,3,5−ト
リアジン(図2)を0.1mol・dm-3濃度となるよ
うに溶解している他は,上記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液に,更に1,3,5−ト
リアジン(図2)を0.2mol・dm-3濃度となるよ
う溶解している他は,上記基本構成と同様である。
は,エチレンカ−ボネ−トとジメチルカ−ボネ−トの等
容積混合溶媒に電解質を溶解した非水電解液を用いてい
る。即ち,本例における非水電解液は,エチレンカ−ボ
ネ−トとジメチルカ−ボネ−トとの等容積混合溶媒に,
電解質としてのLiPF6 を1mol・dm-3濃度とな
るように溶解したものである。その他は,上記基本構成
と同様である。
は,比較例C4の混合溶媒及び電解質に,更に,1,
3,5−トリアジン(図2)を0.05mol・dm-3
濃度となるよう溶解した非水電解液を用いている。その
他は,上記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,複素環式化合物
としての2−(2−ベンゾトリアゾ−ル)−P−クレゾ
−ル(図3)を0.05mol・dm-3濃度となるよう
溶解している他は,上記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液に更に複素環式化合物と
しての2,4,6−トリアミノ−1,3,5−トリアジ
ン(図4)を0.05mol・dm-3濃度となるよう溶
解している他は,上記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,1,3,5−ト
リアジン(図2)を0.05mol・dm-3濃度,2,
4,6−トリアミノ−1,3,5−トリアジン(図4)
を0.05mol・dm-3濃度となるよう溶解している
他は,上記基本構成と同様である。
は,1,3,5−トリアジン(図2)を含む処理液で表
面処理を施した負極を用いている。即ち,本例における
負極は,以下の処理液にリチウム金属を浸漬することに
より得たものである。処理液は,エチレンカーボネート
とジメトキシエタンとの等容積混合溶媒に,LiPF6
を1mol・dm-3濃度となるように溶解し,更に,
1,3,5−トリアジン(図2)を0.05mol・d
m-3濃度となるよう溶解したものである。その他は,上
記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,複素環式化合物
としての2,4−ジアミノ−6−ヒドロキシ−1,3,
5−トリアジン(図5)を0.05mol・dm-3濃度
となるように溶解している他は,上記基本構成と同様で
ある。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,複素環式化合物
としての2,4−ジアミノ−6−メチル−1,3,5−
トリアジン(図6)を0.05mol・dm-3濃度とな
るように溶解している他は,上記基本構成と同様であ
る。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,複素環式化合物
としての2−N−ジエチルメラミン(図7)を0.05
mol・dm-3濃度となるように溶解している他は,上
記基本構成と同様である。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,複素環式化合物
としての2−ビニル−4,6−ジアミノ−1,3,5−
トリアジン(図8)を0.05mol・dm-3濃度とな
るように溶解している他は,上記基本構成と同様であ
る。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,複素環式化合物
としての3−アミノ−5,6−ジメチル−1,2,4−
トリアジン(図9)を0.05mol・dm-3濃度とな
るように溶解している他は,上記基本構成と同様であ
る。
は,上記基本構成の非水電解液に更に,複素環式化合物
としての5,6−ジフェニル−3−(2−ピリジル)−
1,2,4−トリアジン(図10)を0.05mol・
dm-3濃度となるように溶解している他は,上記基本構
成と同様である。
は,上記基本構成の処理液に更に,複素環式化合物とし
てのクマリン(図11)を0.05mol・dm-3溶解
したものを用いた他は,比較例1と同様の非水電解質二
次電池を作製した。
は,上記基本構成の処理液に更に,複素環式化合物とし
てのクマリン−3−カルボン酸(図12)を0.05m
ol・dm-3溶解したものを用いた他は,比較例1と同
様の非水電解質二次電池を作製した。
は,上記基本構成の処理液に更に,複素環式化合物とし
ての3−アセチルクマリン(図13)を0.05mol
・dm-3溶解したものを用いた他は,比較例1と同様の
非水電解質二次電池を作製した。
は,上記基本構成の処理液に更に,複素環式化合物とし
ての4−メチルウンベリフェロン(図14)を0.05
mol・dm-3溶解したものを他は,比較例1と同様の
非水電解質二次電池を作製した。
は,上記基本構成の処理液に更に,複素環式化合物とし
ての7−アミノ−4−(トリフルオロメチル)クマリン
(図15)を0.05mol・dm-3溶解したものを用
いた他は,比較例1と同様の非水電解質二次電池を作製
した。
は,1,3,5−トリアジンの代わりに,0.05mo
l・dm-3のクマリン(図11)を含む処理液で表面処
理を施した負極を用いている。その他は,上記実施例8
と同様である。
例C1〜C4の電池について充放電試験を行い,サイク
ル特性を評価した。充放電条件は,充電電流密度0.5
mA/cm2 ,充電上限電圧4.1V,充電時間5時
間,放電電流密度2.0mA/cm2 ,放電下限電圧
2.0Vとした。各電池の20サイクル後の充放電効率
を表1,2に示した。
率の測定結果について表1を用いて説明する。まず,
1,3,5−トリアジンの濃度が0.01,0.05,
0.1mol・dm-3である実施例1〜3では,1,
3,5−トリアジン無添加の比較例C1に対して,電池
の充放電効率が向上した。これは,1,3,5−トリア
ジンの添加により,負極表面が改質され,電流集中を防
止し,デンドライトの成長が抑制されているためと考え
られる。
C1に対して充放電効率の向上はみられなかった。これ
は,比較例C2では,1,3,5−トリアジンの濃度が
0.005mol・dm-3と少ないために,負極の表面
改質による効果が現れなかったものと考えられる。
アジンの濃度が0.2molと過剰なためにトリアジン
の副反応が発生してしまい,却って充放電効率が低くな
ったものと考えられる。以上のことから,0.01mo
l・dm-3以上,0.2mol・dm-3未満の割合で
1,3,5−トリアジンを非水電解液に添加するのが最
適といえる。
施例4でも,実施例1と同等の効果が現れた。さらに,
別の複素環式化合物を用いた場合(実施例5〜7,9〜
14)にも,実施例1と同等の効果があった。また,
1,3,5−トリアジンを含む処理液を用いて負極表面
を処理した実施例8の電池でも,実施例1と同等の効果
が現れた。これは,初期の負極の表面状態がサイクル性
に大きく影響を及ぼしているためであると考えられる。
これらのことから,非水電解液又は負極表面処理用の処
理液に,上記トリアジン,2−(2−ベンゾトリアゾ−
ル)−P−クレゾ−ルを添加することにより,非水電解
質二次電池の充放電効率が向上することがわかる。
較例C1の電池について充放電試験を行い,サイクル特
性を評価した。充放電条件は,充電電流密度0.5mA
・cm-2,充電上限電圧4.1V,充電時間5時間,放
電電流密度2.0mA・cm-2,放電下限電圧2.0V
とした。20サイクル後の充放電効率を表3に示した。
する。表3より,クマリンおよびその誘導体を電解液に
添加することにより,充放電効率が大幅に向上すること
がわかる。この効果のメカニズムは,トリアジンなどと
同様に,クマリンが負極表面に吸着し,電解質と負極の
界面を制御できるために,Liと電解質との副反応が抑
制され,デンドライトの成長が防止され,結果として充
放電効率が向上すると考えられる。
LiMn2 O4 の他に,Li・Mn複素酸化物又はLi
・Co複素酸化物等のLi化合物等を用いることができ
る。負極としては,上記リチウム箔の他に,Li金属,
Li合金,炭素質材料等を用いることができる。
他に,LiBF4 ,LiAsF6 ,LiN(CF3 SO
2 )2 ,LiCF3 SO3 等を用いることができる。非
水溶媒としては,環状エステル類(エチレンカ−ボネ−
ト,プロピレンカ−ボネ−ト等),鎖状エステル類(ジ
エチルカ−ボネ−ト等),鎖状エ−テル(1,2−ジメ
トキシエタン等)のグループから1種の溶媒又は2種以
上の溶媒を用いることができる。
解質二次電池の断面図。
学構造式の説明図。
ル)−P−クレゾ−ルの化学構造式の説明図。
1,3,5−トリアジンの化学構造式の説明図。
ロキシ−1,3,5−トリアジンの化学構造式の説明
図。
ル−1,3,5−トリアジンの化学構造式の説明図。
化学構造式の説明図。
ノ−1,3,5−トリアジンの化学構造式の説明図。
ル−1,2,4−トリアジンの化学構造式の説明図。
(2−ピリジル)−1,2,4−トリアジンの化学構造
式の説明図。
明図。
の化学構造式の説明図。
学構造式の説明図。
ンの化学構造式の説明図。
ルオロメチル)クマリンの化学構造式の説明図。
Claims (7)
- 【請求項1】 リチウムを吸蔵,放出できる正極と,リ
チウム金属,リチウム合金若しくはリチウムを吸蔵,放
出できる物質又は導電性物質からなる負極と,上記正極
と負極との間に設けたセパレータと,該セパレータに含
浸させた非水電解液と,電池容器とを有する非水電解質
二次電池において,上記非水電解液は,添加剤として,
トリアジン及びその誘導体,2−(2−ベンゾトリアゾ
−ル)−P−クレゾ−ル及びその誘導体,又はクマリン
及びその誘導体のグループから選ばれる1種又は2種以
上からなる複素環式化合物を含有することを特徴とする
非水電解質二次電池。 - 【請求項2】 請求項1において,上記非水電解液は,
上記複素環式化合物を0.01mol・dm-3以上,
0.2mol・dm-3未満の割合で含有することを特徴
とする非水電解質二次電池。 - 【請求項3】 リチウムを吸蔵,放出できる正極と,リ
チウム金属,リチウム合金若しくはリチウムを吸蔵,放
出できる物質又は導電性物質からなる負極と,上記正極
と負極との間に設けたセパレータと,該セパレータに含
浸させた非水電解液と,電池容器とを有する非水電解質
二次電池において,上記負極は,添加剤として,トリア
ジン及びその誘導体,2−(2−ベンゾトリアゾ−ル)
−P−クレゾ−ル及びその誘導体,又はクマリン及びそ
の誘導体のグループから選ばれる1種又は2種以上から
なる複素環式化合物を含有する処理液により,表面処理
が施されていることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項4】 請求項3において,上記処理液は,上記
複素環式化合物を0.01mol・dm-3以上,0.2
mol・dm-3未満の割合で含有することを特徴とする
非水電解質二次電池。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項において,
上記トリアジン及びその誘導体は,下記の「化1」又は
「化2」に示す一般式により表される物質であり,か
つ,「化1」及び「化2」におけるR1 ,R2 ,R3
は,水素(−H),メチル基(−CH3 ),エチル基
(−C2 H5 ),アミノ基(−NH2 ),ヒドロキシル
基(−OH基),ビニル基(−CH=CH2 ),2−ピ
リジル基(C5NH4 )又はフェニル基(−C6 H5 )
のいずれかであることを特徴とする非水電解質二次電
池。 【化1】 【化2】 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一項において,
上記2−(2−ベンゾトリアゾ−ル)−P−クレゾ−ル
及びその誘導体は,下記の「化3」に示す一般式により
表される物質であり,かつ,「化3」におけるR4 ,R
5 は,水素(−H),メチル基(−CH3 ),エチル基
(−C2 H5 ),アミノ基(−NH2 ),ヒドロキシル
基(−OH基),ビニル基(−CH=CH2 ),2−ピ
リジル基(C5 NH4 ),又はフェニル基(−C6 H
5 )のいずれかであることを特徴とする非水電解質二次
電池。 【化3】 - 【請求項7】 請求項1〜4のいずれか一項において,
上記クマリン及びその誘導体は,下記の「化4」に示す
一般式により表される物質であり,かつ,「化4」にお
けるR6 ,R7 ,R8 は水素(−H),メチル基(−C
H3 ),エチル基(−C2 H5 ),アミノ基(−N
H2 ),ヒドロキシル基(−OH),カルボキシル基
(−COOH),アセチル基(−COCH3 ),トリフ
ルオロメチル基(CF3 )のいずれかであることを特徴
とする非水電解質二次電池。 【化4】
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29954796A JP3680454B2 (ja) | 1996-05-28 | 1996-10-22 | 非水電解質二次電池 |
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|---|---|---|---|
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| JP8-157635 | 1996-05-28 | ||
| JP29954796A JP3680454B2 (ja) | 1996-05-28 | 1996-10-22 | 非水電解質二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050344A true JPH1050344A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3680454B2 JP3680454B2 (ja) | 2005-08-10 |
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ID=26485017
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|---|---|---|---|
| JP29954796A Expired - Fee Related JP3680454B2 (ja) | 1996-05-28 | 1996-10-22 | 非水電解質二次電池 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3680454B2 (ja) |
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