【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マンガン酸化物を
活物質とする正極と、リチウムを活物質とする負極と、
LiCF3SO3又はLiPF6を溶質とし、且つエチ
レンカーボネート又はエチレンカーボネートを含む混合
溶媒を溶媒とする非水電解液とを備えるリチウム電池に
関する。詳しくは、この種のリチウム電池の保存特性を
改善することを目的とした、正極の改良に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positive electrode using manganese oxide as an active material, a negative electrode using lithium as an active material, and
The present invention relates to a lithium battery comprising a solute of LiCF3 SO3 or LiPF6 and a non-aqueous electrolyte solution using ethylene carbonate or a mixed solvent containing ethylene carbonate as a solvent. Specifically, it relates to an improvement of the positive electrode for the purpose of improving the storage characteristics of this type of lithium battery.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
リチウム電池が、高エネルギー密度電池として注目され
ている。2. Description of the Related Art In recent years,
Lithium batteries have received attention as high energy density batteries.
【0003】しかし、正極活物質としてマンガン酸化物
を、非水電解液の溶媒としてエチレンカーボネート又は
エチレンカーボネートを含む混合溶媒を使用すると、保
存後の放電容量が著しく低下する。これは、高活性のマ
ンガン酸化物とエチレンカーボネートとが反応すること
により、エチレンカーボネートの分解を伴う自己放電が
保存中に起こるからである。However, when manganese oxide is used as the positive electrode active material and ethylene carbonate or a mixed solvent containing ethylene carbonate is used as the solvent of the non-aqueous electrolyte, the discharge capacity after storage is significantly reduced. This is because the highly active manganese oxide and ethylene carbonate react with each other to cause self-discharge accompanied by decomposition of ethylene carbonate during storage.
【0004】本発明は、この種のリチウム電池が抱える
上述の問題を解決するべくなされたものであって、その
目的とするところは、長期間保存しても放電容量の低下
が小さい、保存特性に優れたリチウム電池を提供するに
ある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of this type of lithium battery, and its object is to have a storage characteristic that the discharge capacity does not decrease much even after long-term storage. To provide excellent lithium batteries.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項1記載の発明に係るリチウム電池(第1電池)
は、マンガン酸化物を活物質とする正極と、リチウムを
活物質とする負極と、LiCF3SO3又はLiPF6
を溶質とし、且つエチレンカーボネート又はエチレンカ
ーボネートを含む混合溶媒を溶媒とする非水電解液とを
備えるリチウム電池において、前記マンガン酸化物に、
InF2、フッ化黒鉛、NbSe3、MoS2、W
S2、TaS2、TiS2、Mo6S8及びAgMo6
S8よりなる群から選ばれた少なくとも1種の添加剤
(フッ化物、セレン化物及び/又は硫化物)が、該マン
ガン酸化物中のマンガン100モル部に対して、0.1
〜20モル部添加されていることを特徴とする。A lithium battery (first battery) according to the invention as set forth in claim 1 for achieving the above object.
Is a positive electrode using manganese oxide as an active material, a negative electrode using lithium as an active material, LiCF3 SO3 or LiPF6
In a lithium battery comprising a solute, and a non-aqueous electrolyte solution using ethylene carbonate or a mixed solvent containing ethylene carbonate as a solvent, in the manganese oxide,
InF2 , fluorinated graphite, NbSe3 , MoS2 , W
S2 , TaS2 , TiS2 , Mo6 S8 and AgMo6
At least one additive (fluoride, selenide and / or sulfide) selected from the group consisting of S8 is added to 0.1 parts by weight of manganese in the manganese oxide.
It is characterized in that ˜20 parts by mole is added.
【0006】また、上記目的を達成するための請求項2
記載の発明に係るリチウム電池(第2電池)は、マンガ
ン酸化物を活物質とする正極と、リチウムを活物質とす
る負極と、LiCF3SO3又はLiPF6を溶質と
し、且つエチレンカーボネート又はエチレンカーボネー
トを含む混合溶媒を溶媒とする非水電解液とを備えるリ
チウム電池において、前記マンガン酸化物に、ポリアニ
リン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリチオフェ
ン、ポリフェニレンスルフィド及びポリパラフェニレン
よりなる群から選ばれた少なくとも1種の添加剤(導電
性高分子)が、該マンガン酸化物中のマンガン100モ
ル部に対して、モノマー換算で0.1〜20モル部添加
されていることを特徴とする。以下、第1電池及び第2
電池を「本発明電池」と総称することがある。Further, claim 2 for achieving the above object.
A lithium battery (second battery) according to the invention described is a positive electrode using manganese oxide as an active material, a negative electrode using lithium as an active material, LiCF3 SO3 or LiPF6 as a solute, and ethylene carbonate or ethylene. In a lithium battery including a non-aqueous electrolyte solution containing a mixed solvent containing carbonate as a solvent, the manganese oxide contains at least one selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, polyacetylene, polythiophene, polyphenylene sulfide, and polyparaphenylene. The additive (conductive polymer) is added to the manganese oxide in an amount of 0.1 to 20 parts by mole in terms of a monomer with respect to 100 parts by mole of manganese in the manganese oxide. Hereinafter, the first battery and the second
The battery may be collectively referred to as the “battery of the present invention”.
【0007】第1電池における添加剤の添加量は、マン
ガン酸化物中のマンガン100モル部に対して、0.1
〜20モル部である。また、第2電池における添加剤の
添加量は、マンガン酸化物中のマンガン100モル部に
対して、モノマー換算で0.1〜20モル部である。各
添加剤の添加量が0.1〜20モル部の範囲を外れる
と、保存特性を有効に改善することができなくなる。The addition amount of the additive in the first battery is 0.1 with respect to 100 parts by mole of manganese in the manganese oxide.
.About.20 parts by mole. Moreover, the addition amount of the additive in the second battery is 0.1 to 20 parts by mol in terms of monomer with respect to 100 parts by mol of manganese in the manganese oxide. If the addition amount of each additive deviates from the range of 0.1 to 20 parts by mole, the storage characteristics cannot be effectively improved.
【0008】本発明電池においては、マンガン酸化物に
添加した添加剤が、マンガン酸化物の活性(反応性)を
低下させる。その結果、マンガン酸化物とエチレンカー
ボネートの反応に起因する自己放電が抑制される。この
ような特定の添加剤の添加による自己放電の抑制は、非
水電解液の溶質がLiCF3SO3又はLiPF6の場
合に限られる。この事実から、この自己放電の抑制に
は、特定の添加剤とLiCF3SO3又はLiPF6と
が相乗的に作用しているものと推察される。In the battery of the present invention, the additive added to the manganese oxide reduces the activity (reactivity) of the manganese oxide. As a result, self-discharge caused by the reaction between manganese oxide and ethylene carbonate is suppressed. The suppression of self-discharge by adding such a specific additive is limited to the case where the solute of the non-aqueous electrolytic solution is LiCF3 SO3 or LiPF6 . From this fact, it is presumed that the specific additive and LiCF3 SO3 or LiPF6 act synergistically to suppress the self-discharge.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】エチレンカーボネートを含む混合
溶媒としては、エチレンカーボネートと1,2−ジメト
キシエタンとの混合溶媒、エチレンカーボネートとプロ
ピレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンとの混
合溶媒、エチレンカーボネートとブチレンカーボネート
と1,2−ジメトキシエタンとの混合溶媒が例示され
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A mixed solvent containing ethylene carbonate includes a mixed solvent of ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane, a mixed solvent of ethylene carbonate, propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane, and ethylene carbonate. A mixed solvent of butylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane is exemplified.
【0010】マンガン酸化物としては、熱処理したMn
O2、Li2MnO3を含有するMnO2、LiMn2
O4、LiMnO2が例示される。As the manganese oxide, heat-treated Mn is used.
MnO2 , LiMn2 containing O2 , Li2 MnO3
Examples are O4 and LiMnO2 .
【0011】リチウムを活物質とする負極としては、リ
チウムイオンを電気化学的に吸蔵及び放出することが可
能な物質、又は、金属リチウムを電極材料とするものが
例示される。リチウムイオンを電気化学的に吸蔵及び放
出することが可能な物質としては、炭素材料、リチウム
合金、金属酸化物が例示される。上記炭素材料としては
黒鉛、コークス、有機物焼成体が、上記リチウム合金と
してはリチウム−アルミニウム合金、リチウム−錫合
金、リチウム−鉛合金が、上記金属酸化物としてはFe
2O3、TiO2、Nb2O3が、それぞれ具体例とし
て示される。樹枝状の電析リチウムの成長に起因する内
部短絡の虞れがない点で、炭素材料が特に好ましく、高
容量である点で、炭素材料の中では黒鉛が最も好まし
い。Examples of the negative electrode using lithium as an active material include a substance capable of electrochemically absorbing and desorbing lithium ions, or a substance using metallic lithium as an electrode material. Examples of the substance capable of electrochemically inserting and extracting lithium ions include carbon materials, lithium alloys, and metal oxides. The carbon material is graphite, coke, or a fired organic material, the lithium alloy is lithium-aluminum alloy, lithium-tin alloy, or lithium-lead alloy, and the metal oxide is Fe.
2 O3 , TiO2 , and Nb2 O3 are shown as specific examples. A carbon material is particularly preferable in that there is no risk of internal short circuit due to the growth of dendritic lithium, and graphite is most preferable among the carbon materials because of its high capacity.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and the present invention may be practiced by appropriately changing the gist of the invention. Is possible.
【0013】〔正極の作製〕二酸化マンガンを375°
Cで熱処理した。なお、二酸化マンガンに表1〜表4に
示す各添加剤を添加する場合は、熱処理を各添加剤を添
加混合した後に行った。このようにして熱処理した二酸
化マンガンと、導電剤としての炭素粉末と、結着剤とし
てのフッ素樹脂粉末とを、重量比80(添加剤を除く二
酸化マンガンのみの重量):10:10で混合し、円盤
状に加圧成形した後、250°Cで再び熱処理して、正
極を作製した。[Production of Positive Electrode] Manganese dioxide was added at 375 °
Heat treated at C. In addition, when adding each additive shown in Table 1 to Table 4 to manganese dioxide, it heat-processed after adding and mixing each additive. The heat-treated manganese dioxide, carbon powder as a conductive agent, and fluororesin powder as a binder were mixed at a weight ratio of 80 (weight of only manganese dioxide excluding additives): 10:10. After being pressure-molded into a disk shape, it was heat-treated again at 250 ° C. to prepare a positive electrode.
【0014】〔負極の作製〕リチウム圧延板を円盤状に
打ち抜いて、負極を作製した。[Production of Negative Electrode] A rolled lithium plate was punched into a disk shape to produce a negative electrode.
【0015】〔非水電解液の調製〕表1〜表4に溶媒組
成を示す非水電解液を調製した。非水電解液の溶質の濃
度は、全て1M(モル/リットル)とした。[Preparation of Non-Aqueous Electrolyte] Non-aqueous electrolytes having solvent compositions shown in Tables 1 to 4 were prepared. The concentration of the solute in the non-aqueous electrolyte was 1 M (mol / liter).
【0016】〔電池の組立〕以上の正極、負極及び非水
電解液を用いて扁平形のリチウム電池A1〜A31(本
発明電池)及びB1〜B33(比較電池)を組み立てた
(電池寸法:直径20.0mm、厚さ2.5mm)。な
お、セパレータとしては、ポリプロピレン製の微多孔膜
を使用し、封口前にこれに先の非水電解液を含浸させ
た。[Battery Assembly] Flat lithium batteries A1 to A31 (invention batteries) and B1 to B33 (comparative batteries) were assembled using the above positive electrode, negative electrode and non-aqueous electrolyte (battery size: diameter). 20.0 mm, thickness 2.5 mm). A polypropylene microporous film was used as the separator, and the nonaqueous electrolyte solution was impregnated into the separator before sealing.
【0017】図1は、作製したリチウム電池Aを模式的
に示す断面図であり、図示の電池Aは、正極1、負極
2、これらを互いに離間するセパレータ3、正極蓋4、
負極蓋5、正極集電体6、負極集電体7及びポリプロピ
レン製の絶縁パッキング8などからなる。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the produced lithium battery A. The battery A shown in the drawing is a positive electrode 1, a negative electrode 2, a separator 3 for separating them from each other, a positive electrode lid 4,
It comprises a negative electrode lid 5, a positive electrode current collector 6, a negative electrode current collector 7, an insulating packing 8 made of polypropylene, and the like.
【0018】正極1及び負極2は、セパレータ3を介し
て対向して正極蓋4及び負極蓋5が形成する電池ケース
内に収納されており、正極1は正極集電体6を介して正
極蓋4に、又負極2は負極集電体7を介して負極蓋5に
接続され、電池内部に生じた化学エネルギーを正極蓋4
及び負極蓋5の両端子から電気エネルギーとして外部へ
取り出し得るようになっている。The positive electrode 1 and the negative electrode 2 are housed in a battery case formed by a positive electrode lid 4 and a negative electrode lid 5 facing each other with a separator 3 in between, and the positive electrode 1 is provided with a positive electrode current collector 6 in between. 4, and the negative electrode 2 is connected to the negative electrode lid 5 via the negative electrode current collector 7 so that the chemical energy generated inside the battery is transferred to the positive electrode lid 4
Also, both terminals of the negative electrode lid 5 can be taken out as electric energy to the outside.
【0019】〔各電池の保存特性〕80°Cで2ヵ月間
保存した場合の下式で表される各電池の自己放電率を調
べた。式中、C1は保存前の放電容量であり、C2は保
存後の放電容量である。各放電容量は、1kΩの外部抵
抗を接続して25°Cで放電終止電圧2Vまで放電して
求めたものである。[Storage Characteristics of Each Battery] The self-discharge rate of each battery represented by the following formula when stored at 80 ° C. for 2 months was examined. In the formula, C1 is the discharge capacity before storage, and C2 is the discharge capacity after storage. Each discharge capacity was obtained by connecting an external resistance of 1 kΩ and discharging to a discharge end voltage of 2 V at 25 ° C.
【0020】 自己放電率(%)=(1−C2/C1)×100Self-discharge rate (%) = (1-C2 / C1) × 100
【0021】結果を表1〜表4に示す。各表中の溶媒組
成の欄に記す略記号EC、PC、BC及びDMEは、そ
れぞれエチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、ブチレンカーボネート及び1,2−ジメトキシエタ
ンを示す。また、各表中に示す添加剤の添加量は、マン
ガン酸化物中のマンガン100モル部に対するモル部数
であり、特に導電性高分子の添加量は、マンガン酸化物
中のマンガン100モル部に対するモノマー換算でのモ
ル部数である。The results are shown in Tables 1 to 4. The abbreviations EC, PC, BC and DME described in the solvent composition column in each table represent ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane, respectively. Further, the addition amount of the additives shown in each table is the number of moles relative to 100 parts by mole of manganese in the manganese oxide, and particularly the amount of the conductive polymer added is a monomer based on 100 parts by weight of manganese in the manganese oxide. It is the number of moles in terms of conversion.
【0022】[0022]
【表1】[Table 1]
【0023】[0023]
【表2】[Table 2]
【0024】[0024]
【表3】[Table 3]
【0025】[0025]
【表4】[Table 4]
【0026】表1〜表4に示す結果より、次に示す
(1)〜(6)がわかる。From the results shown in Tables 1 to 4, the following (1) to (6) are found.
【0027】(1)表1及び表3の上欄に示す結果よ
り、NbSe3又はポリピロールの添加量(ポリピロー
ルの場合は、モノマー換算での添加量)を、二酸化マン
ガン(二酸化マンガン中のマンガン)100モル部に対
して、0.1〜20モル部添加した場合(本発明電池A
1〜A5)に、自己放電が有効に抑制されることが分か
る。他の添加剤についても、同様のことを確認した。(1) From the results shown in the upper columns of Tables 1 and 3, the addition amount of NbSe3 or polypyrrole (in the case of polypyrrole, the addition amount in terms of monomer) was determined as manganese dioxide (manganese in manganese dioxide). When 0.1 to 20 parts by mole is added to 100 parts by mole (the present invention battery A
1 to A5) show that self-discharge is effectively suppressed. The same was confirmed for the other additives.
【0028】(2)表1及び表3の中欄に示す結果よ
り、溶媒がエチレンカーボネートのみからなる単一溶媒
の場合も、溶媒がエチレンカーボネートを含む混合溶媒
の場合と同様に、二酸化マンガンへのNbSe3又はポ
リピロールの添加により、自己放電が有効に抑制される
ことが分かる。他の添加剤についても、同様のことを確
認した。(2) From the results shown in the middle columns of Tables 1 and 3, even when the solvent is a single solvent consisting of ethylene carbonate only, manganese dioxide is converted to manganese dioxide as in the case of the mixed solvent containing ethylene carbonate. It can be seen that the self-discharge is effectively suppressed by adding NbSe3 or polypyrrole. The same was confirmed for the other additives.
【0029】(3)表1及び表3の下欄に示す結果よ
り、溶質がLiPF6の場合も、二酸化マンガンへのN
bSe3又はポリピロールの添加により、自己放電が抑
制されることが分かる。また、溶媒がエチレンカーボネ
ートを含まない溶媒の場合は、二酸化マンガンにNbS
e3又はポリピロールを添加しても、自己放電が抑制さ
れないことが分かる。他の添加剤についても、同様のこ
とを確認した。(3) From the results shown in the lower columns of Tables 1 and 3, even when the solute is LiPF6 , N in manganese dioxide is changed.
It can be seen that the self-discharge is suppressed by adding bSe3 or polypyrrole. When the solvent is a solvent containing no ethylene carbonate, manganese dioxide is mixed with NbS.
It can be seen that addition of e3 or polypyrrole does not suppress self-discharge. The same was confirmed for the other additives.
【0030】(4)表2及び表4の上欄に示す結果よ
り、溶媒がエチレンカーボネートを含む3成分系の混合
溶媒の場合も、溶媒がエチレンカーボネート又はエチレ
ンカーボネートを含む混合溶媒の場合と同様に、二酸化
マンガンへのNbSe3又はポリピロールの添加によ
り、自己放電が有効に抑制されることが分かる。他の添
加剤についても、同様のことを確認した。(4) From the results shown in the upper columns of Tables 2 and 4, the case where the solvent is a three-component mixed solvent containing ethylene carbonate is the same as the case where the solvent is ethylene carbonate or a mixed solvent containing ethylene carbonate. In addition, it is understood that the self-discharge is effectively suppressed by adding NbSe3 or polypyrrole to manganese dioxide. The same was confirmed for the other additives.
【0031】(5)表2及び表4の中欄に示す結果よ
り、溶質がLiCF3SO3及びLiPF6以外の場合
は、二酸化マンガンにNbSe3又はポリピロールを添
加しても、自己放電が抑制されないことが分かる。他の
添加剤についても、同様のことを確認した。(5) From the results shown in the middle columns of Tables 2 and 4, when the solute is other than LiCF3 SO3 and LiPF6 , self-discharge is suppressed even if NbSe3 or polypyrrole is added to manganese dioxide. You can see that it is not done. The same was confirmed for the other additives.
【0032】(6)表2及び表4の下欄に示す結果よ
り、二酸化マンガンに、InF2、フッ化黒鉛、MoS
2、WS2、TaS2、TiS2、Mo6S8、AgM
o6S8、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフ
ェン、ポリフェニレンスルフィド又はポリパラフェニレ
ンを添加した場合にも、NbSe3又はポリピロールを
添加した場合と同様に、自己放電が有効に抑制されるこ
とが分かる。(6) The results shown in the lower columns of Tables 2 and 4
, Manganese dioxide, InFTwo, Fluorinated graphite, MoS
Two, WSTwo, TaSTwo, TiSTwo, Mo6S8, AgM
o6S8, Polyaniline, polyacetylene, polythione
Enene, polyphenylene sulfide or polyparaphenylene
NbSeThreeOr polypyrrole
Self-discharge can be effectively suppressed in the same manner as when added.
I understand.
【0033】上記実施例では、マンガン酸化物として熱
処理した二酸化マンガン(改質二酸化マンガン)を使用
したが、先に挙げた他のマンガン酸化物を使用する場合
も、本発明を適用することにより、自己放電が有効に抑
制されることを確認した。In the above examples, heat-treated manganese dioxide (modified manganese dioxide) was used as the manganese oxide. However, when the other manganese oxides mentioned above are also used, the present invention can be applied. It was confirmed that self-discharge was effectively suppressed.
【0034】[0034]
【発明の効果】マンガン酸化物に添加した添加剤が、マ
ンガン酸化物とエチレンカーボネートの反応を起こりに
くくして自己放電を抑制するので、本発明電池は保存特
性に優れる。EFFECTS OF THE INVENTION Since the additive added to manganese oxide suppresses the reaction between manganese oxide and ethylene carbonate to suppress self-discharge, the battery of the present invention has excellent storage characteristics.
【図1】実施例で組み立てた扁平形のリチウム電池の断
面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a flat type lithium battery assembled in an example.
A 扁平形のリチウム電池 1 正極 2 負極 3 セパレータ A Flat lithium battery 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能間 俊之 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiyuki Noma 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Koji Nishio 2-chome Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka No. 5-5 in Sanyo Electric Co., Ltd.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7209087AJPH0935716A (en) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | Lithium battery |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP7209087AJPH0935716A (en) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | Lithium battery |
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| JPH0935716Atrue JPH0935716A (en) | 1997-02-07 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|---|
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| Date | Code | Title | Description |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |