JP2005209377A - Battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極および負極と共に電解質を備えた電池に関する。 The present invention relates to a battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode.
近年、携帯電話,PDA(Personal Digital Assistant;個人用携帯型情報端末機器)あるいはノート型コンピュータに代表される携帯型電子機器の小型化、軽量化が精力的に進められ、その一環として、それらの駆動電源である電池、特に二次電池のエネルギー密度の向上が強く望まれている。 In recent years, mobile electronic devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants) or notebook computers have been energetically reduced in size and weight, and as part of these efforts, Improvement of the energy density of a battery as a driving power source, particularly a secondary battery is strongly desired.
高エネルギー密度を得ることができる二次電池としては、負極にリチウム合金を用いた電池が開発されている(例えば、特許文献1および2参照。)。
しかしながら、リチウム合金は、充放電を繰り返すと、激しい膨張および収縮により粉砕して微細化するという問題があった。よって、これを負極に用いると、粒子の割れによる微細化または負極中における粒子同士の接触面積の低下により電子伝導性が低下したり、表面積の増大に起因して溶媒の分解反応が促進され、サイクル特性が十分でないという問題があった。 However, when the charge and discharge are repeated, the lithium alloy has a problem of being pulverized and refined due to severe expansion and contraction. Therefore, when this is used for the negative electrode, the electron conductivity is reduced due to the fineness due to particle cracking or the reduction of the contact area between the particles in the negative electrode, or the decomposition reaction of the solvent is promoted due to the increase in the surface area, There was a problem that the cycle characteristics were not sufficient.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高容量で、かつサイクル特性などの電池特性を向上させることができる電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a battery that has a high capacity and can improve battery characteristics such as cycle characteristics.
本発明による第1の電池は、正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、負極は、負極集電体と、この負極集電体に設けられ、負極集電体との界面の少なくとも一部において負極集電体と合金化している負極活物質層とを有し、電解質は、化1で表されるアニオンを含むものである。
(化1)
[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]-
(式中、a,b,c,dおよびeは、それぞれ以下に示す式を満たす数である。a=1,2,3,4または5、b=0または1、c=0,1,2または3、d=0,1,2または3、e=1,2,3または4、a+e=6、b+c+d=3、およびb+c≠0)
A first battery according to the present invention is a battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The negative electrode is provided in the negative electrode current collector and the negative electrode current collector, and is at least one of the interfaces with the negative electrode current collector. And the negative electrode active material layer alloyed with the negative electrode current collector, and the electrolyte contains an anion represented by Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
[PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] −
(In the formula, a, b, c, d and e are numbers satisfying the following formulas respectively: a = 1, 2, 3, 4 or 5, b = 0 or 1, c = 0, 1, 2 or 3, d = 0, 1, 2 or 3, e = 1, 2, 3 or 4, a + e = 6, b + c + d = 3, and b + c ≠ 0)
本発明による第2の電池は、正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、負極は、負極集電体と、この負極集電体に気相法、液相法および焼結法からなる群のうちの少なくとも1つの方法により形成された負極活物質層とを有し、一部において負極集電体と合金化している負極活物質とを有し、電解質は、化2で表されるアニオンを含むものである。
(化2)
[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]-
(式中、a,b,c,dおよびeは、それぞれ以下に示す式を満たす数である。a=1,2,3,4または5、b=0または1、c=0,1,2または3、d=0,1,2または3、e=1,2,3または4、a+e=6、b+c+d=3、およびb+c≠0)
A second battery according to the present invention is a battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The negative electrode includes a negative electrode current collector, and a gas phase method, a liquid phase method, and a sintering method for the negative electrode current collector. A negative electrode active material layer formed by at least one method of the group, and a part of the negative electrode active material alloyed with the negative electrode current collector, wherein the electrolyte is represented by chemical formula 2 It contains an anion.
(Chemical formula 2)
[PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] −
(In the formula, a, b, c, d and e are numbers satisfying the following formulas respectively: a = 1, 2, 3, 4 or 5, b = 0 or 1, c = 0, 1, 2 or 3, d = 0, 1, 2 or 3, e = 1, 2, 3 or 4, a + e = 6, b + c + d = 3, and b + c ≠ 0)
本発明による第1または第2の電池によれば、負極が、負極集電体との界面の少なくとも一部において負極集電体と合金化している負極活物質層を有するように、または、負極が、気相法,液相法および焼結法からなる群のうちの少なくとも1つの方法により形成された負極活物質層を有するようにしたので、高い容量を得ることができると共に、負極の微粉化を抑制することができる。また、電解質が、化1または化2で表されるアニオンを含むようにしたので、電解質の安定性を向上させることができ、電解質の分解反応を抑制することができる。よって、高い容量を得ることができると共に、サイクル特性などの電池特性を向上させることができる。 According to the first or second battery of the present invention, the negative electrode has a negative electrode active material layer alloyed with the negative electrode current collector at least at a part of the interface with the negative electrode current collector, or the negative electrode Has a negative electrode active material layer formed by at least one method selected from the group consisting of a vapor phase method, a liquid phase method and a sintering method, so that a high capacity can be obtained and a fine powder of the negative electrode can be obtained. Can be suppressed. In addition, since the electrolyte contains the anion represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2, the stability of the electrolyte can be improved and the decomposition reaction of the electrolyte can be suppressed. Therefore, high capacity can be obtained and battery characteristics such as cycle characteristics can be improved.
特に、負極活物質層がケイ素またはスズの単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくなる1種を含むようにすれば、より高い容量を得ることができる。 In particular, when the negative electrode active material layer contains one or more of a group consisting of silicon, tin, an alloy, and a compound, a higher capacity can be obtained.
また、負極集電体の表面粗さを、算術平均粗さで0.1μm以上とするようにすれば、より高いサイクル特性を得ることができる。 Further, if the surface roughness of the negative electrode current collector is set to an arithmetic average roughness of 0.1 μm or more, higher cycle characteristics can be obtained.
更に、電解質が化1または化2で表されるアニオンに加えて、他のアニオンを含むようにすれば、または、電解質がハロゲン原子を有する炭酸エステルの誘導体を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。 Further, if the electrolyte contains other anions in addition to the anion represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2, or if the electrolyte contains a derivative of a carbonate ester having a halogen atom, a higher effect can be obtained. Can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるコイン型といわれるものであり、外装カップ11に収容された負極12と、外装缶13に収容された正極14とが、電解液を含浸させたセパレータ15を介して積層されている。外装カップ11および外装缶13の周縁部は絶縁性のガスケット16を介してかしめることにより密閉されている。外装カップ11および外装缶13は、例えば、ステンレスあるいはアルミニウムなどの金属によりそれぞれ構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called coin-type battery, in which a
負極12は、例えば、負極集電体12Aと、負極集電体12Aに設けられた負極活物質層12Bとを有している。負極活物質層12Bは、負極集電体12Aの両面に形成されていてもよく、片面に形成されていてもよい。
The
負極集電体12Aは、リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素の少なくとも1種を含む金属材料により構成されていることが好ましい。リチウムと金属間化合物を形成すると、充放電に伴い膨張および収縮し、構造破壊が起こって、集電性が低下する他、負極活物質層12Bを支える能力が小さくなり負極活物質層12Bが負極集電体12Aから脱落し易いからである。なお、本明細書において金属材料には、金属元素の単体だけでなく、2種以上の金属元素あるいは1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなる合金も含める。リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素としては、例えば、銅(Cu),ニッケル(Ni),チタン(Ti),鉄(Fe)あるいはクロム(Cr)が挙げられる。
The anode
中でも、負極活物質層12Bと合金化する金属元素が好ましい。後述するように、負極活物質層12Bがリチウムと合金化するケイ素あるいはスズなどの単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含む場合には、充放電に伴い負極活物質層12Bが大きく膨張・収縮して負極集電体12Aから脱落しやすいが、負極活物質層12Bと負極集電体12Aとを合金化させて強固に接着させることにより、脱落を抑制することができるからである。リチウムと金属間化合物を形成せず、負極活物質層12Bと合金化する金属元素、例えば、ケイ素あるいはスズなどの単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種と合金化する金属元素としては、銅,ニッケル,鉄が挙げられる。特に、負極活物質層12Bとの合金化、強度および導電性の観点からは、銅,ニッケルあるいは鉄が好ましい。
Among these, a metal element that is alloyed with the negative electrode
なお、負極集電体12Aは、単層により構成してもよいが、複数層により構成してもよい。その場合、負極活物質層12Bと接する層をケイ素あるいはスズなどの単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種と合金化する金属材料により構成し、他の層を他の金属材料により構成するようにしてもよい。また、負極集電体12Aは、負極活物質層12Bとの界面以外は、リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素の少なくとも1種よりなる金属材料により構成することが好ましい。
The negative electrode
また、負極集電体12Aの表面粗さは、算術平均粗さRaで0.1μm以上であることが好ましい。これにより、後述するように負極活物質層12Bが気相法,液相法,焼結法あるいはそれらの組み合わせにより形成される場合、または、負極活物質層12Bと界面の少なくとも一部において合金化している場合に、充放電に伴い負極活物質層22が膨張収縮することにより発生する割れの形状を制御することができ、応力を分散させて、負極22の構造破壊を抑制することができるからである。
The surface roughness of the negative electrode
負極活物質層12Bは、例えば、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な金属元素の単体,合金および化合物、並びにリチウムと合金を形成可能な半金属元素の単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含んでいる。これにより負極12の容量は、この負極活物質がリチウムを吸蔵および離脱することによる容量成分を含み、高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。中でも、負極活物質としては、ケイ素あるいはスズの単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。より高いエネルギー密度を得ることができるからである。
The negative electrode
ケイ素の合金あるいは化合物としては、例えば、SiB4 ,SiB6 ,Mg2 Si,Ni2 Si,TiSi2 ,MoSi2 ,CoSi2 ,NiSi2 ,CaSi2 ,CrSi2 ,Cu5 Si,FeSi2 ,MnSi2 ,NbSi2 ,TaSi2 ,VSi2 ,WSi2 ,ZnSi2 ,SiC,Si3 N4 ,Si2 N2 O,SiOv (0<v≦2)あるいはLiSiOが挙げられる。スズの化合物あるいは合金としては、例えば、スズと、長周期型周期表の4〜11族に含まれる元素との合金が挙げられる。この他にも、Mg2 Sn,SnOw (0<w≦2),SnSiO3 あるいはLiSnOが挙げられる。 Examples of silicon alloys or compounds include SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi. 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2) or LiSiO. Examples of tin compounds or alloys include alloys of tin and elements included in groups 4 to 11 of the long-period periodic table. In addition, Mg 2 Sn, SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3, or LiSnO can be used.
負極活物質層12Bは、また、気相法,液相法および焼結法からなる群のうちの少なくとも1つの方法により形成されたものであることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層12Bの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極集電体12Aと負極活物質層12Bとを一体化することができ、負極活物質層12Bにおける電子伝導性を向上させることができるからである。また、バインダーおよび空隙などを低減または排除でき、負極12を薄膜化することもできるからである。なお、本明細書でいう「活物質層を焼結法により形成する」とは、活物質を含む粉末とバインダーとを混合し成形した層を、非酸化性雰囲気下等で熱処理することにより、熱処理前よりも体積密度が高く、より緻密な層を形成することを意味する。
The negative electrode
負極活物質層12Bは、更に、膨張および収縮により負極集電体12Aから脱落しないように、負極集電体12Aとの界面の少なくとも一部において負極集電体12Aと合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体12Aの構成元素が負極活物質層12Bに、または負極活物質層12Bの構成元素が負極集電体12Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。この合金化は、負極活物質層12Bを気相法,液相法あるいは焼結法により形成する際に同時に起こることが多いが、更に熱処理が施されることにより、あるいは初期充電時に起こったものでもよい。なお、本明細書では、上述した元素の拡散も合金化の一形態に含める。
The negative electrode
正極14は、例えば、正極集電体14Aと、正極集電体14Aに設けられた正極活物質層14Bとを有しており、正極活物質層14Bの側が負極活物質層12Bと対向するように配置されている。正極集電体14Aは、例えば、アルミニウム,ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。
The
正極活物質層14Bは、例えば、正極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどのバインダーを含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料としては、例えば、一般式Lix MIO2 で表されるリチウム含有金属複合酸化物が好ましい。リチウム含有金属複合酸化物は、高電圧を発生可能であると共に、高密度であるため、二次電池の更なる高容量化を図ることができるからである。なお、MIは1種類以上の遷移金属であり、例えばコバルトおよびニッケルのうちの少なくとも一方が好ましい。xは電池の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦1.10の範囲内の値である。このようなリチウム含有金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 あるいはLiNiO2 などが挙げられる。
The positive electrode
セパレータ15は、負極12と正極14とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ15は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンにより構成されている。
The
セパレータ15に含浸されている電解液、すなわち液状の電解質は、例えば、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでおり、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。溶媒としては、非水溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネートあるいはエチルメチルカーボネートなどの炭酸エステルに代表される有機溶媒が挙げられる。溶媒にはいずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。例えば、エチレンカーボネートあるいはプロピレンカーボネートなどの高誘電率溶媒と、ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネートあるいはエチルメチルカーボネートなどの低沸点溶媒とを混合して用いるようにすれば、高いイオン伝導度を得ることができるので好ましい。特に、高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネートを含むことが好ましい。
The electrolyte solution impregnated in the
また、溶媒あるいは添加剤としては、例えば、不飽和結合を有する環状炭酸エステル、またはハロゲン原子を有する炭酸エステルの誘導体が挙げられ、これらの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。これらを含有することにより、より高いサイクル特性を得ることができるからである。不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、ビニレンカーボネートあるいはビニルエチレンカーボネートなどが挙げられる。ハロゲン原子を有する炭酸エステルの誘導体としては、モノフルオロエチレンカーボネート、モノクロロエチレンカーボネート、モノブロモエチレンカーボネート、ジフルオロジエチレンカーボネートなどが挙げられる。 Examples of the solvent or additive include a cyclic carbonate having an unsaturated bond or a derivative of a carbonate having a halogen atom, and preferably contains at least one of these. It is because higher cycle characteristics can be obtained by containing these. Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond include vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate. Examples of the derivative of a carbonic acid ester having a halogen atom include monofluoroethylene carbonate, monochloroethylene carbonate, monobromoethylene carbonate, difluorodiethylene carbonate, and the like.
電解質塩としては、化3で表される構造を有する軽金属塩のいずれか1種または2種以上を含んでいる。この軽金属塩は、電解液において少なくとも一部が電離しており、すなわち電解液は[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンを含んでいる。これにより、電解液の安定性は高くなっており、分解反応が抑制されるようになっている。化3で表されるアニオンを具体的に挙げれば、例えば、[PF3 (C2 F5 )3 ]- 、[PF4 (C2 F5 )2 ]- あるいは[PF3 (C4 F9 )3 ]- がある。なお、この軽金属塩としてはリチウム塩が好ましいが、必ずしもリチウム塩である必要はなく、ナトリウム塩,カリウム塩,マグネシウム塩,カルシウム塩あるいはアルミニウム塩などの他の軽金属塩を用いてもよい。充放電反応に寄与するリチウムは正極14から供給されればよいからである。
As the electrolyte salt, one or more of light metal salts having a structure represented by Chemical Formula 3 are included. This light metal salt is at least partially ionized in the electrolytic solution, that is, the electrolytic solution contains an anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − . Thereby, the stability of the electrolytic solution is increased, and the decomposition reaction is suppressed. Specifically, for example, [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] − , [PF 4 (C 2 F 5 ) 2 ] − or [PF 3 (C 4 F 9) ) 3] - there is. The light metal salt is preferably a lithium salt, but is not necessarily a lithium salt, and other light metal salts such as a sodium salt, potassium salt, magnesium salt, calcium salt, or aluminum salt may be used. This is because lithium that contributes to the charge / discharge reaction may be supplied from the
(化3)
−[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]
(式中、a,b,c,dおよびeは、それぞれ以下に示す式を満たす数である。a=1,2,3,4または5、b=0または1、c=0,1,2または3、d=0,1,2または3、e=1,2,3または4、a+e=6、b+c+d=3、およびb+c≠0)
(Chemical formula 3)
- [PF a (CH b F c (CF 3) d) e]
(In the formula, a, b, c, d and e are numbers satisfying the following formulas respectively: a = 1, 2, 3, 4 or 5, b = 0 or 1, c = 0, 1, 2 or 3, d = 0, 1, 2 or 3, e = 1, 2, 3 or 4, a + e = 6, b + c + d = 3, and b + c ≠ 0)
[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンの含有量は、溶媒に対して、0.01mol/kg以上2.0mol/kg以下であることが好ましい。この範囲内においてより高い効果を得ることができる空である。 The content of the anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − is preferably 0.01 mol / kg or more and 2.0 mol / kg or less with respect to the solvent. It is the sky which can obtain a higher effect within this range.
また、電解質塩としては、化3で表される構造を有する軽金属塩に加えて、他の軽金属塩を含むことが好ましい。すなわち、電解質は、[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンに加えて、他のアニオンを含むことが好ましい。これによりより高い効果を得ることができるからである。他のアニオンとしては、例えば、PF6 - 、BF4 - 、ClO4 - 、AsF6 - 、化4で表されるアニオン、あるいは化5で表されるアニオンが挙げられる。他のアニオンは1種でも、2種以上が含まれていてもよいが、PF6 - が含まれるようにすれば、より高い効果を得ることができるので好ましい。 In addition to the light metal salt having the structure represented by Chemical Formula 3, it is preferable that the electrolyte salt includes other light metal salts. That is, the electrolyte preferably contains another anion in addition to the anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − . This is because a higher effect can be obtained. Examples of other anions include PF 6 − , BF 4 − , ClO 4 − , AsF 6 − , an anion represented by Chemical Formula 4, or an anion represented by Chemical Formula 5. Other anions may be included alone or in combination of two or more, but it is preferable to include PF 6 − because higher effects can be obtained.
(化4)
N(Cm F2m+1SO2 )(Cn F2n+1SO2 )-
(式中、mおよびnは1以上の整数である。)
(Chemical formula 4)
N (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) -
(In the formula, m and n are integers of 1 or more.)
(化5)
C(Cp F2p+1SO2 )(Cq F2q+1SO2 )(Cr F2r+1SO2 )-
(式中、p,qおよびrは1以上の整数である。)
(Chemical formula 5)
C (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) −
(In the formula, p, q and r are integers of 1 or more.)
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、金属箔よりなる負極集電体12Aを用意し、負極集電体12Aに、気相法または液相法により、負極活物質を堆積させることにより負極活物質層12Bを成膜する。また、粒子状の負極活物質を含む前駆層を集電体12Aに形成したのち、これを焼結させる焼結法により負極活物質層12Bを成膜してもよいし、気相法,液相法および焼結法のうちの2つまたは3つの方法を組み合わせて負極活物質層12Bを成膜するようにしてもよい。このように気相法,液相法および焼結法からなる群のうちの少なくとも1つの方法を用いることにより、場合によっては、負極集電体12Aとの界面の少なくとも一部において負極集電体12Aと合金化した負極活物質層12Bが成膜される。なお、負極集電体12Aと負極活物質層12Bとの界面をより合金化させるために、更に、真空雰囲気下または非酸化性雰囲気下で熱処理を行うようにしてもよい。特に、鍍金により負極活物質層12Bを成膜する場合には、合金化しにくい場合があるので、必要に応じてこの熱処理を行うことが好ましい。また、気相法により成膜する場合においても、負極集電体12Aと負極活物質層12Bとの界面をより合金化させることにより特性を向上させることができる場合があるので、必要に応じてこの熱処理を行うことが好ましい。
First, for example, a negative electrode
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法が挙げられ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,CVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法などが挙げられる。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金等の公知の手法が利用可能である。焼結法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼結法,反応焼結法あるいはホットプレス焼結法が利用可能である。 Examples of the vapor phase method include a physical deposition method and a chemical deposition method. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a CVD (Chemical Vapor Deposition; Phase growth) method. As the liquid phase method, a known method such as electrolytic plating or electroless plating can be used. As for the sintering method, a known method can be used, for example, an atmosphere sintering method, a reaction sintering method, or a hot press sintering method can be used.
次いで、正極14を、例えば、正極活物質と導電材とバインダーとを混合して合剤を調製し、これをN−メチルピロリドンなどの分散媒に分散させて合剤スラリーとして正極集電体14Aに塗布し、圧縮成型して正極活物質層14Bを形成することにより作製する。
Next, the
続いて、例えば、負極12、電解液を含浸させたセパレータ15および正極14を積層して、外装カップ11と外装缶13との中に入れ、それらをかしめる。これにより図1に示した二次電池が得られる。
Subsequently, for example, the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極14からリチウムイオンが離脱し、電解液を介して負極12に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極12からリチウムイオンが離脱し、電解液を介して正極14に吸蔵される。その際、電解液には化4で表されるアニオンが含まれているので、電解液の安定性は高くなっており、電解液の分解反応が抑制される。よって、優れた充放電サイクル特性が得られる。
In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the
このように本実施の形態では、負極集電体12Aと合金化している負極活物質層12B、あるいは気相法,液相法および焼結法からなる群のうちの少なくとも1つの方法により形成された負極活物質層12Bを有するようにしたので、高い容量を得ることができると共に、負極の微粉化を抑制することができる。また、電解質が、[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンを含むようにしたので、電解質の安定性を向上させることができ、電解質の分解反応を抑制することができる。よって、高い容量を得ることができると共に、サイクル特性などの電池特性を向上させることができる。
Thus, in the present embodiment, the negative electrode
特に、負極活物質層12Bがケイ素またはスズの単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくなる1種を含むようにすれば、より高い容量を得ることができる。
In particular, if the negative electrode
また、負極集電体12Aの表面粗さを、算術平均粗さRaで0.1μm以上とするようにすれば、より高いサイクル特性を得ることができる。
Further, if the surface roughness of the negative electrode
更に、電解質が[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンに加えて、他のアニオンを含むようにすれば、または、電解質がハロゲン原子を有する炭酸エステルの誘導体を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。 Further, if the electrolyte contains other anions in addition to the anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − , or the carbonate has a halogen atom. If the derivative is included, a higher effect can be obtained.
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、リード21,22が取り付けられた電極巻回体30をフィルム状の外装部材40A,40Bの内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows the configuration of the secondary battery according to the second embodiment of the present invention. In this secondary battery, the
リード21,22は、外装部材40A,40Bの内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。リード21,リード22は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The leads 21 and 22 are led out, for example, in the same direction from the inside of the
外装部材40A,40Bは、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40A,40Bは、例えば、ポリエチレンフィルム側と電極巻回体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40A,40Bとリード21,リード22との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、リード21,リード22に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材40A,40Bは、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図3は、図2に示した電極巻回体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体30は、負極31と正極32とをセパレータ33および電解質層34を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ35により保護されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure taken along line II of the
負極31は、負極集電体31Aの片面あるいは両面に負極活物質層31B設けられた構造を有している。正極32も、正極集電体32Aの片面あるいは両面に正極活物質層32Bが設けられた構造を有しており、正極活物質層32Bの側が負極活物質層31Bと対向するように配置されている。負極集電体31A,負極活物質層31B,正極集電体32A,正極活物質層32Bおよびセパレータ33の具体的な構成は、第1の実施の形態における負極集電体12A,負極活物質層12B,正極集電体14A,正極活物質層14Bおよびセパレータ15と同様である。
The
電解質層34は、保持体に電解液を保持させたいわゆるゲル状の電解質により構成されている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液あるいは高温における膨れを防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩)の構成は、第1の実施の形態と同様である。保持体は、例えば高分子材料により構成されている。高分子材料としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、あるいはポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、負極31および正極32のそれぞれに、保持体に電解液を保持させた電解質層123を形成する。そののち、負極集電体31Aの端部にリード21を溶接により取り付けると共に、正極集電体32Aの端部にリード22を溶接により取り付ける。次いで、電解質層34が形成された負極31と正極32とをセパレータ33を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ35を接着して電極巻回体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40A,40Bの間に電極巻回体30を挟み込み、外装部材40A,40Bの外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、リード21,22と外装部材40A,40Bとの間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図2および図3に示した二次電池が完成する。
First, on each of the
この二次電池は、第1の実施の形態と同様に作用し、第1の実施の形態と同様の効果を有する。 This secondary battery operates in the same manner as in the first embodiment, and has the same effect as in the first embodiment.
更に、本発明の具体的な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1−1〜1−11)
図1に示したコイン型の二次電池を作製した。まず、算術平均粗さRaが0.5μm、厚みが35μmの電解銅箔を負極集電体12Aとして用意し、この負極集電体12Aに蒸着法により負極活物質であるケイ素よりなる厚み4μmの負極活物質層12Bを形成したのち、加熱処理し、負極12を形成した。得られた負極12をXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy;X線光電子分光法)およびAES(Auger Electron Spectroscopy ;オージェ電子分光法)により分析したところ、負極活物質層12Bが、負極集電体12Aとの界面の少なくとも一部において負極集電体12Aと合金化していることが確認された。
(Examples 1-1 to 1-11)
The coin-type secondary battery shown in FIG. 1 was produced. First, an electrolytic copper foil having an arithmetic average roughness Ra of 0.5 μm and a thickness of 35 μm is prepared as a negative electrode
次いで、正極活物質である平均粒径5μmのリチウム・コバルト(LiCoO2 )複合酸化物の粉末と、導電剤であるカーボンブラックと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを、リチウム・コバルト複合酸化物:カーボンブラック:ポリフッ化ビニリデン=92:3:5の質量比で混合して合剤を調整した。次いで、この合剤を分散媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて合剤スラリーとし、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体14Aに塗布して乾燥させ、加圧することにより正極活物質層14Bを形成し、正極14を作製した。
Next, a lithium-cobalt (LiCoO 2 ) composite oxide powder having an average particle diameter of 5 μm as a positive electrode active material, carbon black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder are combined with lithium-cobalt composite oxide. The mixture was prepared by mixing at a mass ratio of product: carbon black: polyvinylidene fluoride = 92: 3: 5. Next, the mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium to form a mixture slurry, which is applied to a positive electrode
続いて、外装カップ11の中央部に負極12および厚み25μmのポリプロピレン製のセパレータ15を順次積層し、電解液を注入したのち、正極14を入れた外装缶13を被せてガスケット16を介してかしめ、直径20mm、高さ1.6mmのコイン型二次電池を作製した。電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:1の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLi[PF3 (C2 F5 )3 ]、または、Li[PF3 (C2 F5 )3 ]とLiPF6 とを溶解させたものを用いた。その際、電解質塩の含有量は、溶媒に対して実施例1−1〜1−11で表1に示したように変化させた。
Subsequently, a
また、実施例1−1〜1−11に対する比較例1−1〜1−6として、電解質塩としてLiPF6 ,LiBF4 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,LiN(CF3 SO2 )2 あるいはLiC(CF3 SO2 )3 のいずれかを用いる共に、その含有量を溶媒に対して1.0mol/kgとしたことを除き、他は実施例1−1〜1−11と同様にして二次電池を作製した。 In addition, as Comparative Examples 1-1 to 1-6 with respect to Examples 1-1 to 1-11, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 or LiC (CF 3 SO 2 ) 3 was used, and the secondary battery was prepared in the same manner as in Examples 1-1 to 1-11 except that the content was 1.0 mol / kg with respect to the solvent. Produced.
更に、実施例1−1〜1−11に対する比較例1−7,1−8として、負極活物質に黒鉛を用いて負極を作製したことを除き、他は実施例1−1または比較例1−1と同様にして二次電池を作製した。負極は、黒鉛粉末90重量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10重量部とを混合して分散媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させたのち、これを厚み10μmの銅箔よりなる負極集電体に塗布して乾燥させ、加圧して負極活物質層を形成することにより作製した。電解質塩には、比較例1−7ではLi[PF3 (C2 F5 )3 ]を用い、比較例1−8ではLiPF6 を用いた。電解質塩の含有量は共に溶媒に対して1.0mol/kgとした。 Further, as Comparative Examples 1-7 and 1-8 for Examples 1-1 to 1-11, Example 1-1 or Comparative Example 1 was otherwise used except that a negative electrode was produced using graphite as the negative electrode active material. A secondary battery was produced in the same manner as in Example-1. For the negative electrode, 90 parts by weight of graphite powder and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium, and then this was a copper foil having a thickness of 10 μm. It was produced by applying to a negative electrode current collector comprising the above, drying, and applying pressure to form a negative electrode active material layer. As the electrolyte salt, Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] was used in Comparative Example 1-7, and LiPF 6 was used in Comparative Example 1-8. The content of the electrolyte salt was 1.0 mol / kg with respect to the solvent.
作製した実施例1−1〜1−11および比較例1−1〜1−8の二次電池について、充放電試験を行い、初回容量およびサイクル特性をそれぞれ調べた。充電は、1mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が4.2Vに達するまで行ったのち、4.2Vの定電圧で電流密度が0.02mA/cm2 に達するまで行い、放電は、1mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が2.5Vに達するまで行った。なお、充放電を行う際には、予め計算により求めた正極14および負極12の充放電容量に基づいて、初回の充電での負極利用率を90%と設定し、負極12に金属リチウムが析出しないようにした。サイクル特性としては、初回容量に対する20サイクル目の容量維持率(20サイクル目の容量/初回容量)×100を求めた。得られた結果を表1に示す。
For the fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-11 and Comparative examples 1-1 to 1-8, a charge / discharge test was performed to examine the initial capacity and the cycle characteristics. Charging is performed at a constant current density of 1 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.2 V, and then at a constant voltage of 4.2 V until the current density reaches 0.02 mA / cm 2 , and discharging is performed at 1 mA. This was performed until the battery voltage reached 2.5 V at a constant current density of / cm 2 . When charging / discharging, based on the charge / discharge capacities of the
表1に示したように、電解質塩としてLi[PF3 (C2 F5 )3 ]を用いた実施例1−1〜1−11によれば、用いていない比較例1−6よりも容量維持率を向上させることができ、場合によっては初回容量も向上させることができた。一方、負極に黒鉛を用いた比較例1−7,1−8では、電解質塩にLi[PF3 (C2 F5 )3 ]を用いた比較例1−7の方が、用いていない比較例1−8よりも特性は若干向上したものの、その程度は実施例1−1〜1−11に比べて小さかった。 As shown in Table 1, according to Examples 1-1 to 1-11 using Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] as an electrolyte salt, the capacity was higher than that of Comparative Example 1-6 which was not used. The maintenance rate could be improved, and in some cases the initial capacity could be improved. On the other hand, in Comparative Examples 1-7 and 1-8 using graphite as the negative electrode, Comparative Example 1-7 using Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] as the electrolyte salt is not used. Although the characteristics were slightly improved as compared with Example 1-8, the degree was smaller than those of Examples 1-1 to 1-11.
すなわち、負極活物質層12Bを気相法などにより形成した場合、あるいは負極活物質層12Bが負極集電体12Aと合金化している場合において、電解質に[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンを含むようにすれば、サイクル特性を効果的に向上させることができることが分かった。
That is, when the negative electrode
また、実施例1−1と実施例1−2〜1−11とを比較すれば分かるように、Li[PF3 (C2 F5 )3 ]とLiPF6 とを混合して用いた方が、含有量によっては、初回容量および容量維持率をより向上させることができた。すなわち、電解質に[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンに加えて、他のアニオンを含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。 As can be seen from a comparison between Example 1-1 and Examples 1-2 to 1-11, it is better to use a mixture of Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] and LiPF 6. Depending on the content, the initial capacity and capacity retention rate could be further improved. That is, if the electrolyte contains other anions in addition to the anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − , cycle characteristics can be further improved. I understood.
更に、実施例1−1〜1−11から分かるように、Li[PF3 (C2 F5 )3 ]の含有量を溶媒に対して0.01mol/kg以上2.0mol/kg以下とすれば、サイクル特性を向上させることができることが確認できた。すなわち、[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンの含有量は、溶媒に対して0.01mol/kg以上2.0mol/kg以下の範囲内が好ましいことも分かった。 Furthermore, as can be seen from Examples 1-1 to 1-11, the content of Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] should be 0.01 mol / kg or more and 2.0 mol / kg or less with respect to the solvent. It was confirmed that the cycle characteristics could be improved. That is, the content of the anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − is preferably in the range of 0.01 mol / kg to 2.0 mol / kg with respect to the solvent. I also understood that.
(実施例1−12〜1−21)
他の軽金属塩として、LiPF6 に代えて、またはLiPF6 に加えて、表2に示したようにLiBF4 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,LiN(CF3 SO2 )2 あるいはLiC(CF3 SO2 )3 を用いたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。その際、Li[PF3 (C2 F5 )3 ]の含有量は溶媒に対して0.8mol/kgとし、他の軽金属塩の含有量は1種類の場合は溶媒に対して0.2mol/kg、2種類の場合は溶媒に対してそれぞれ1mol/kgとした。
(Examples 1-12 to 1-21)
Other light metal salt, in place of LiPF 6, or in addition to LiPF 6, as shown in Table 2 LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiN (CF 3 SO 2) 2 or LiC (CF 3 SO 2 ) A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-3 except that 3 . At that time, the content of Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] is 0.8 mol / kg with respect to the solvent, and the content of other light metal salts is 0.2 mol with respect to the solvent in the case of one kind. In the case of 2 types / kg, the amount was 1 mol / kg with respect to the solvent.
実施例1−12〜1−21についても、実施例1−3と同様にして充放電試験を行い、初回容量およびサイクル特性をそれぞれ調べた。それらの結果を、実施例1−3および比較例1−1〜1−6の結果と共に表2に示す。 For Examples 1-12 to 1-21, a charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1-3, and the initial capacity and cycle characteristics were examined. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-6.
表2に示したように、LiPF6 以外の他の軽金属塩と共に用いた場合においても、Li[PF3 (C2 F5 )3 ]を含むようにすれば、容量維持率を向上させることができた。また、その場合においても、更にLiPF6 を含むようにすれば、容量維持率をより向上させることができた。すなわち、電解質に[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンに加えて、他のアニオンとしてPF6 - を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 2, even when used together with other light metal salts other than LiPF 6 , if Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] is included, the capacity retention rate can be improved. did it. Also in that case, the capacity retention rate could be further improved by further including LiPF 6 . That is, if the electrolyte contains PF 6 − as another anion in addition to the anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − , the cycle characteristics are further improved. I found out that I could do it.
(実施例1−22〜1−25)
電解質塩として、Li[PF3 (C2 F5 )3 ]に代えて、表3または表4に示したように、Li[PF4 (C2 F5 )2 ]、あるいはLi[PF4 (C2 F5 )2 ]およびLiPF6 、またはLi[PF3 (C4 F9 )3 ]、あるいはLi[PF3 (C4 F9 )3 ]およびLiPF6 を用いたことを除き、他は実施例1−1または実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。その際、電解質塩の含有量は溶媒に対して表3または表4に示したように変化させた。
(Examples 1-22 to 1-25)
As an electrolyte salt, instead of Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ], as shown in Table 3 or Table 4, Li [PF 4 (C 2 F 5 ) 2 ] or Li [PF 4 ( Other than using C 2 F 5 ) 2 ] and LiPF 6 , or Li [PF 3 (C 4 F 9 ) 3 ], or Li [PF 3 (C 4 F 9 ) 3 ] and LiPF 6 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 or Example 1-3. At that time, the content of the electrolyte salt was changed as shown in Table 3 or Table 4 with respect to the solvent.
実施例1−22〜1−25についても、実施例1−1,1−3と同様にして充放電試験を行い、初回容量およびサイクル特性をそれぞれ調べた。それらの結果を、比較例1−1〜1−6の結果と共に表3または表4に示す。 For Examples 1-22 to 1-25, charge and discharge tests were conducted in the same manner as in Examples 1-1 and 1-3, and the initial capacity and cycle characteristics were examined. The results are shown in Table 3 or Table 4 together with the results of Comparative Examples 1-1 to 1-6.
表3または表4に示したように、実施例1−22〜1−25によれば、実施例1−1,1−3と同様に、比較例1−1〜1−6よりも容量維持率を向上させることができた。また、LiPF6 と共に用いた実施例1−23および実施例1−25の方が、単独で用いた実施例1−22あるいは1−24よりも容量維持率を更に向上させることができた。すなわち、電解質に[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表される他のアニオンを含むようにしても、サイクル特性を効果的に向上させることができることが分かった。 As shown in Table 3 or Table 4, according to Examples 1-22 to 1-25, the capacity was maintained more than Comparative Examples 1-1 to 1-6, as in Examples 1-1 and 1-3. The rate could be improved. Further, Examples 1-23 and 1-25 used together with LiPF 6 were able to further improve the capacity retention rate compared to Examples 1-22 and 1-24 used alone. That is, it was found that even if the electrolyte contains another anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − , the cycle characteristics can be effectively improved.
(実施例1−26)
溶媒のエチレンカーボネートをフルオロエチレンカーボネート(4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one )に代えたことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。実施例1−26についても実施例1−1と同様にして充放電試験を行い、初回容量およびサイクル特性をそれぞれ調べた。それらの結果を、実施例1−1の結果と共に表5に示す。
(Example 1-26)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that fluoroethylene carbonate (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one) was used instead of the solvent ethylene carbonate. For Example 1-26, a charge / discharge test was conducted in the same manner as in Example 1-1, and the initial capacity and cycle characteristics were examined. The results are shown in Table 5 together with the results of Example 1-1.
表5に示したように、フルオロエチレンカーボネートを用いた実施例1−26の方が、用いていない実施例1−1よりも、更に容量維持率を向上させることができた。すなわち、電解質にフルオロエチレンカーボネートなどのハロゲン原子を有する炭酸エステルの誘導体を含むようにすれば、より高い効果を得ることができることが分かった。 As shown in Table 5, Example 1-26 using fluoroethylene carbonate was able to further improve the capacity retention rate than Example 1-1 not using it. That is, it was found that a higher effect can be obtained if a carbonic acid ester derivative having a halogen atom such as fluoroethylene carbonate is contained in the electrolyte.
(実施例2−1〜2−11)
負極活物質としてスズを用い、算術平均粗さRaが0.5μm、厚みが25μmの電解銅箔よりなる負極集電体12Aに、電解鍍金によりスズよりなる厚み4μmの負極活物質層12Bを形成したのち、加熱処理して負極12を作製したことを除き、実施例1−1〜1−25と同様にして図1に示したコイン型の二次電池を作製した。その際、電解質塩の種類および含有量は表6,7に示したように変化させた。
(Examples 2-1 to 2-11)
Tin is used as the negative electrode active material, and a negative electrode
このうち実施例2−1は、電解質塩としてLi[PF3 (C2 F5 )3 ]を用いたものであり、実施例2−2〜2−7は、Li[PF3 (C2 F5 )3 ]と他の軽金属塩とを混合して用いたものである。実施例2−8は、電解質塩としてLi[PF4 (C2 F5 )2 ]を用いたものであり、実施例2−9は、Li[PF4 (C2 F5 )2 ]と他の軽金属塩とを混合して用いたものである。実施例2−10は、電解質塩としてLi[PF3 (C4 F9 )3 ]を用いたものであり、実施例2−11は、Li[PF3 (C4 F9 )3 ]と他の軽金属塩とを混合して用いたものである。 Of these, Example 2-1 uses Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] as an electrolyte salt, and Examples 2-2 to 2-7 show Li [PF 3 (C 2 F 5 ) A mixture of 3 ] and other light metal salts. In Example 2-8, Li [PF 4 (C 2 F 5 ) 2 ] was used as the electrolyte salt. In Example 2-9, Li [PF 4 (C 2 F 5 ) 2 ] and others were used. It was used by mixing with a light metal salt. In Example 2-10, Li [PF 3 (C 4 F 9 ) 3 ] was used as the electrolyte salt. In Example 2-11, Li [PF 3 (C 4 F 9 ) 3 ] and others were used. It was used by mixing with a light metal salt.
なお、実施例2−1〜2−11についても、得られた負極12をXPSおよびAESにより分析したところ、負極活物質層12Bが、負極集電体12Aとの界面の少なくとも一部において負極集電体12Aと合金化していることが確認された。
In Examples 2-1 to 2-11 as well, when the obtained
また、実施例2−1〜2−11に対する比較例2−1〜2−6として、電解質塩にLiPF6 ,LiBF4 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,LiN(CF3 SO2 )2 あるいはLiC(CF3 SO2 )3 のいずれかを用いると共に、その含有量を溶媒に対して1.0mol/kgとしたことを除き、他は実施例2−1〜2−11と同様にして二次電池を作製した。 Further, as Comparative Examples 2-1 to 2-6 with respect to Examples 2-1 to 2-11, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 or LiC (CF 3 SO 2 ) 3 is used, and the secondary battery is manufactured in the same manner as in Examples 2-1 to 2-11 except that the content is 1.0 mol / kg with respect to the solvent. Produced.
作製した実施例2−1〜2−11および比較例2−1〜2−6の二次電池についても、実施例1−1〜1−26と同様にして充放電試験を行い、初回容量および20サイクル目の容量維持率をそれぞれ調べた。得られた結果を表6,7に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 2-1 to 2-11 and Comparative Examples 2-1 to 2-6, a charge / discharge test was performed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-26. The capacity retention rate at the 20th cycle was examined. The obtained results are shown in Tables 6 and 7.
表6,7に示したように、電解質塩としてLi[PF3 (C2 F5 )3 ],Li[PF4 (C2 F5 )2 ]あるいはLi[PF3 (C4 F9 )3 ]を用いた実施例2−1〜2−11によれば、用いていない比較例2−1〜2−6よりも容量維持率を向上させることができ、場合によっては初回容量も向上させることができた。また、これらの軽金属塩とLiPF6 とを混合して用いた実施例2−2,2−9,2−11の方が、より高い効果を得ることができた。 As shown in Tables 6 and 7, Li [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ], Li [PF 4 (C 2 F 5 ) 2 ] or Li [PF 3 (C 4 F 9 ) 3 is used as the electrolyte salt. According to Examples 2-1 to 2-11 using the above, the capacity retention rate can be improved as compared with comparative examples 2-1 to 2-6 which are not used, and in some cases, the initial capacity can also be improved. I was able to. In addition, Examples 2-2, 2-9, and 2-11 using a mixture of these light metal salts and LiPF 6 were able to obtain higher effects.
すなわち、負極活物質としてケイ素を用いた場合に限らずスズを用いた場合においても、または負極活物質層12Bを気相法に限らず液相法により形成した場合においても、電解質に[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンを含むようにすれば、サイクル特性を効果的に向上させることができることが分かった。
That is, not only when silicon is used as the negative electrode active material but also when tin is used, or when the negative electrode
なお、上記実施例では、[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表されるアニオンについて具体的にいくつかの例を挙げて説明したが、[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]- で表される他のアニオンを含むようにしても、同様の結果を得ることができる。また、他の負極活物質を用いても、あるいは負極活物質層を焼結法により形成しても、または電解液に代えてゲル状の電解質を用いても同様の結果を得ることができる。 In the above embodiment, the anion represented by [PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] − has been described with some specific examples, but [PF a (CH b Similar results can be obtained by including other anions represented by F c (CF 3 ) d ) e ] − . Similar results can be obtained even when other negative electrode active materials are used, the negative electrode active material layer is formed by a sintering method, or a gel electrolyte is used instead of the electrolytic solution.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解液または固体状の電解質の1種であるゲル状の電解質を用いた二次電池について説明したが、本発明は、他の電解質を用いた二次電池にも同様に適用することができる。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなるイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらのイオン伝導性無機化合物とゲル状の電解質あるいは高分子固体電解質とを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above embodiments and examples, a secondary battery using a gel electrolyte, which is one of an electrolytic solution or a solid electrolyte, has been described. However, the present invention provides a secondary battery using another electrolyte. The same applies to batteries. Other electrolytes include, for example, an ion conductive inorganic compound composed of a polymer solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, ion conductive ceramics, ion conductive glass, or ionic crystals. The thing which mixed electrolyte solution, or the thing which mixed these ion conductive inorganic compounds, gel electrolyte, or polymer solid electrolyte is mentioned.
また、上記実施の形態および実施例では、コイン型、または巻回ラミネート型の二次電池について説明したが、本発明は、円筒型、角型、ボタン型、薄型、大型、あるいは正極および負極を折り畳んだりあるいは積み重ねた構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。また、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。 In the above embodiments and examples, a coin-type or wound laminate-type secondary battery has been described. The present invention can be similarly applied to a secondary battery having a folded or stacked structure. Moreover, not only a secondary battery but a primary battery is applicable.
更に、上記実施の形態および実施例では、電極反応種としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その場合、負極活物質としては、その軽金属と合金を形成可能な金属元素の単体,合金および化合物、並びにその軽金属と合金を形成可能な半金属元素の単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種が用いられ、例えば上述したケイ素またはスズの単体,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を用いることができる。また、正極活物質としては、その軽金属を吸蔵および離脱することが可能な正極材料が用いられる。 Further, in the above embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactive species has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkalis such as magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can also be applied to the case where an earth metal or other light metal such as aluminum is used, and the same effect can be obtained. In this case, the negative electrode active material includes a simple substance, an alloy and a compound of a metal element capable of forming an alloy with the light metal, and a simple metal alloy, an alloy and a compound of a metalloid element capable of forming an alloy with the light metal. At least one kind is used. For example, at least one kind selected from the group consisting of the above-described simple substance, alloy, and compound of silicon or tin can be used. As the positive electrode active material, a positive electrode material capable of inserting and extracting the light metal is used.
11…外装カップ、12,31…負極、12A,31A…負極集電体、12B,31B…負極活物質層、13…外装缶、14,32…正極、14A,32A…正極集電体、14B,32B…正極活物質層、15,33…セパレータ、16…ガスケット、21,22…リード、30…電極巻回体、34…電解質層、35…保護テープ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Exterior cup, 12, 31 ... Negative electrode, 12A, 31A ... Negative electrode collector, 12B, 31B ... Negative electrode active material layer, 13 ... Outer can, 14, 32 ... Positive electrode, 14A, 32A ... Positive electrode collector, 14B , 32B ... positive electrode active material layer, 15, 33 ... separator, 16 ... gasket, 21, 22 ... lead, 30 ... electrode winding body, 34 ... electrolyte layer, 35 ... protective tape
Claims (12)
前記負極は、負極集電体と、この負極集電体に設けられ、負極集電体との界面の少なくとも一部において負極集電体と合金化している負極活物質層とを有し、
前記電解質は、化1で表されるアニオンを含む
ことを特徴とする電池。
(化1)
[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]-
(式中、a,b,c,dおよびeは、それぞれ以下に示す式を満たす数である。a=1,2,3,4または5、b=0または1、c=0,1,2または3、d=0,1,2または3、e=1,2,3または4、a+e=6、b+c+d=3、およびb+c≠0) A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode has a negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector and alloyed with the negative electrode current collector at least at a part of the interface with the negative electrode current collector,
The battery, wherein the electrolyte includes an anion represented by Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
[PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] −
(In the formula, a, b, c, d and e are numbers satisfying the following formulas respectively: a = 1, 2, 3, 4 or 5, b = 0 or 1, c = 0, 1, 2 or 3, d = 0, 1, 2 or 3, e = 1, 2, 3 or 4, a + e = 6, b + c + d = 3, and b + c ≠ 0)
前記負極は、負極集電体と、この負極集電体に気相法、液相法および焼結法からなる群のうちの少なくとも1つの方法により形成された負極活物質層とを有し、
前記電解質は、化2で表されるアニオンを含む
ことを特徴とする電池。
(化2)
[PFa (CHb Fc (CF3 )d )e ]-
(式中、a,b,c,dおよびeは、それぞれ以下に示す式を満たす数である。a=1,2,3,4または5、b=0または1、c=0,1,2または3、d=0,1,2または3、e=1,2,3または4、a+e=6、b+c+d=3、およびb+c≠0) A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector by at least one method selected from the group consisting of a gas phase method, a liquid phase method, and a sintering method,
The battery includes an anion represented by Chemical Formula 2:
(Chemical formula 2)
[PF a (CH b F c (CF 3 ) d ) e ] −
(In the formula, a, b, c, d and e are numbers satisfying the following formulas respectively: a = 1, 2, 3, 4 or 5, b = 0 or 1, c = 0, 1, 2 or 3, d = 0, 1, 2 or 3, e = 1, 2, 3 or 4, a + e = 6, b + c + d = 3, and b + c ≠ 0)
(化3)
N(Cm F2m+1SO2 )(Cn F2n+1SO2 )-
(式中、mおよびnは1以上の整数である。)
(化4)
C(Cp F2p+1SO2 )(Cq F2q+1SO2 )(Cr F2r+1SO2 )-
(式中、p,qおよびrは1以上の整数である。) The electrolyte further includes at least one member selected from the group consisting of PF 6 − , BF 4 − , ClO 4 − , AsF 6 − , an anion represented by Chemical Formula 3, and an anion represented by Chemical Formula 4. The battery according to claim 2.
(Chemical formula 3)
N (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) -
(In the formula, m and n are integers of 1 or more.)
(Chemical formula 4)
C (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) −
(In the formula, p, q and r are integers of 1 or more.)
The electrolyte has [PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ] − , [PF 4 (C 2 F 5 ) 2 ] − and [PF 3 (C 4 F 9 ) 3 as anions represented by the chemical formula 2 . - battery according to claim 2, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of.
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