JP2000058076A - Nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte battery

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JP2000058076A
JP2000058076A JP10234948A JP23494898A JP2000058076A JP 2000058076 A JP2000058076 A JP 2000058076A JP 10234948 A JP10234948 A JP 10234948A JP 23494898 A JP23494898 A JP 23494898A JP 2000058076 A JP2000058076 A JP 2000058076A
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JP
Japan
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carbonate
electrolyte
volume
sulfone
vol
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JP10234948A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Yoshida
吉田  浩明
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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    • Y02E60/122

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte battery, capable of effectively suppressing deterioration of discharge capacity and deterioration of high-rate discharging performance following the progress of charge/discharge cycles. SOLUTION: This nonaqueous electrolyte battery is equipped with a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte, the electrolyte contains an asymmetric non-cyclic sulfone explained in 'Chemistry 1' and a chain carbonate, and the chain carbonate comprises at least one kind of dimethyl carbonate(DMC), ethyl-methyl carbonate(EMC), and diethyl carbonate(DEC). The mixing ratio of the chain carbonate to the non-cyclic sulfone exists within a composition range expressed by a regulator tetrahedron of the figure, and exists within the compassion range expressed between a plane passing through points on respective sides, where the diethyl carbonate is 10 vol.%, the ethyl-methyl carbonate is 40 vol.%, and the diethyl carbonate is 80 vol.%, with respect to the non- cyclic sulfone, and a plane passing through points on the respective sides, where the diethyl carbonate is 80 vol.%, the ethyl-methyl carbonate is 90 vol.%, and the diethyl carbonate is 90 vol.%, with respect to the non-cyclic sulfone.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギー密度
でかつ高い信頼性を有するリチウム電池に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium battery having high energy density and high reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウムを活物質として用いた非水電解
質電池は、高エネルギー密度電池として知られており、
特に正極に二酸化マンガン、フッ化炭素などを用いた一
次電池は、電卓、時計の電源として用いられている。さ
らに、電子機器の急激なる小形軽量化に伴い、その電源
である電池に対して小形で軽量かつ高エネルギー密度
で、更に繰り返し充放電が可能な二次電池の開発への要
求が高まっている。これら要求を満たす二次電池とし
て、負極に炭素材料を用いた非水電解質二次電池が開発
され、携帯型通信機器、携帯型パソコンの電源として用
いられるようになっている。
2. Description of the Related Art Nonaqueous electrolyte batteries using lithium as an active material are known as high energy density batteries.
In particular, primary batteries using manganese dioxide, fluorocarbon, or the like for the positive electrode are used as power supplies for calculators and watches. Furthermore, with the rapid reduction in size and weight of electronic devices, there is an increasing demand for the development of a secondary battery that is small, lightweight, has a high energy density, and can be repeatedly charged and discharged with respect to a battery as a power source thereof. As a secondary battery satisfying these requirements, a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon material for a negative electrode has been developed, and is being used as a power source for portable communication devices and portable personal computers.

【0003】非水電解質二次電池の負極材料は、金属リ
チウムをはじめとしてリチウムの吸蔵・放出が可能なL
i−Al合金、黒鉛、低結晶性炭素材料、および金属酸
化物など種々のものが検討されている。なかでも炭素材
料は、安全性が高くかつサイクル寿命の長い電池が得ら
れるという利点がある。
The negative electrode material of a non-aqueous electrolyte secondary battery is an L material capable of inserting and extracting lithium, including metallic lithium.
Various things such as i-Al alloys, graphite, low crystalline carbon materials, and metal oxides have been studied. Among them, a carbon material has an advantage that a battery having high safety and a long cycle life can be obtained.

【0004】非水電解質二次電池の正極活物質には、二
硫化チタンをはじめとしてリチウムコバルト複合酸化
物、スピネル型リチウムマンガン酸化物、五酸化バナジ
ウムおよび三酸化モリブデンなどの種々のものが検討さ
れている。なかでも、リチウムコバルト複合酸化物(Li
CoO2)、リチウム含有ニッケル・コバルト複合酸化物
(LiNiXCo1-XO2:0.5<X<0.9)、およびスピネル型リチ
ウムマンガン酸化物(LiMn2O4) は、4V(Li/Li+ ) 以上
のきわめて貴な電位で充放電を行うため、正極として用
いることで高い放電電圧を有する電池が実現できる。
Various positive electrode active materials for nonaqueous electrolyte secondary batteries such as titanium disulfide, lithium cobalt composite oxide, spinel type lithium manganese oxide, vanadium pentoxide and molybdenum trioxide have been studied. ing. Among them, lithium cobalt composite oxide (Li
CoO 2 ), lithium-containing nickel-cobalt composite oxide (LiNi X Co 1-X O 2 : 0.5 <X <0.9), and spinel-type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) are 4V (Li / Li +) Since charge and discharge are performed at the above extremely noble potential, a battery having a high discharge voltage can be realized by using the battery as a positive electrode.

【0005】しかし、この種電池において、卑な電位を
有するリチウムを負極活物質とする一方、正極では貴な
電位を有する金属酸化物を用いるため、負極、正極それ
ぞれにおいて電解質が分解されやすい状況にある。従っ
て、電解質の選択においてこれらの点を考慮した構成と
することが必要不可欠であり、種々の電解質を用いるこ
とが提案されてきた。それらの大部分は、溶媒としてプ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、スルホランなどの高誘電率溶媒に1,2
−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの低粘度
溶媒を混合したものである。電解質塩としては、LiC
lO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、Li
N(CF3SO22、LiN(Cn2n+1SO22(但
し、nは各独立して1,2,3または4)などのリチウム塩が
一般に用いられている。なかでもLiPF6およびLi
N(CF3SO22は、安全性が高くかつ溶解させた電
解質のイオン導電率が高いという理由から近年盛んに研
究されるようになってきている。
[0005] However, in this type of battery, while lithium having a low potential is used as a negative electrode active material, while a metal oxide having a noble potential is used for a positive electrode, the electrolyte is easily decomposed in each of the negative electrode and the positive electrode. is there. Therefore, it is indispensable to adopt a configuration in consideration of these points in selecting an electrolyte, and it has been proposed to use various electrolytes. Most of them are dissolved in high dielectric constant solvents such as propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane as solvents.
-A mixture of low-viscosity solvents such as dimethoxyethane, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate. As the electrolyte salt, LiC
10 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li
Lithium salts such as N (CF 3 SO 2 ) 2 and LiN (C n F 2n + 1 SO 2 ) 2 (where n is 1, 2, 3, or 4 independently) are generally used. Above all, LiPF6 and Li
N (CF 3 SO 2 ) 2 has been actively studied in recent years because of its high safety and high ionic conductivity of the dissolved electrolyte.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような電解質を用いても、高温で長期間電池を貯蔵す
ると、負極、正極それぞれにおいて電解質が分解され、
電池性能が著しく低下するという問題があった。そこで
本発明者らは、電解質の溶媒として電気化学的安定性に
優れた化1に表される非対称の非環状スルホンを用いる
ことで上記問題の解決を試みた。その結果、この種電解
液を用いた電池は、貯蔵による電池性能の低下を抑制す
ることができたが、高率放電性能が求められる電子機器
の駆動用電源もしくは電気自動車用電池として用いた場
合、放電容量が小さくなる場合があるということが判明
した。
However, even if the above-mentioned electrolyte is used, when the battery is stored at a high temperature for a long period of time, the electrolyte is decomposed in each of the negative electrode and the positive electrode,
There is a problem that the battery performance is significantly reduced. Therefore, the present inventors have attempted to solve the above problem by using an asymmetric acyclic sulfone represented by Chemical Formula 1 having excellent electrochemical stability as a solvent for the electrolyte. As a result, the battery using this type of electrolyte could suppress the deterioration of the battery performance due to storage, but when used as a power supply for driving electronic equipment or a battery for an electric vehicle requiring high rate discharge performance. It was found that the discharge capacity was sometimes reduced.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明になる非水電解質
電池は、負極と、正極と、電解質とを備えており、前記
電解質が化1で表される非対称の非環状スルホンと、鎖
状カーボネートとを含有しており、前記鎖状カーボネー
トが、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネートの1種以上であることを特徴
とする。
The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention comprises a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte, wherein the electrolyte is an asymmetric non-cyclic sulfone represented by the following formula (1): Carbonate, wherein the chain carbonate is at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate.

【0008】[0008]

【化1】ただし、化1中、R1≠R2でR1、R2は炭素数
1〜4のアルキル基である。
Wherein R 1 ≠ R 2 and R 1 and R 2 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms.

【0009】第1の発明にかかる第2の発明は、前記鎖
状カーボネートが、ジメチルカーボネート、エチルメチ
ルカーボネート、ジエチルカーボネートの少なくとも3
種であり、前記鎖状カーボネートと非環状スルホンとの
混合比率が、図8記載の正四面体にて示される組成範囲
であって、かつ非環状スルホンに対してジメチルカーボ
ネートが10体積%、エチルメチルカーボネートが体積
40%、ジエチルカーボネートが80体積%である各辺
を通る面と、非環状スルホンに対してジメチルカーボネ
ートが80体積%、エチルメチルカーボネートが90体
積%、ジエチルカーボネートが90体積%である各辺を
通る面との間に示される組成範囲であることを特徴とす
る。
The second invention according to the first invention is characterized in that the chain carbonate is at least three of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate.
The mixing ratio between the chain carbonate and the non-cyclic sulfone is within the composition range shown by the tetrahedron shown in FIG. 8, and dimethyl carbonate is 10% by volume, ethyl A surface passing through each side where the volume of methyl carbonate is 40% and the volume of diethyl carbonate is 80% by volume, and 80% by volume of dimethyl carbonate, 90% by volume of ethyl methyl carbonate and 90% by volume of diethyl carbonate with respect to the acyclic sulfone. It is characterized by a composition range shown between a plane passing through each side.

【0010】第1又は第2の発明にかかる第3の発明
は、前記電解質が、LiPF6とLiN(CF3SO22
とをモル比1:9〜9:1で混合した電解質塩を含有し
ていることを特徴とする。そして、本発明は上記構成に
より上記問題を解決するものである。
A third aspect of the present invention according to the first or second aspect is that the electrolyte comprises LiPF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2.
Wherein the electrolyte salt is mixed at a molar ratio of 1: 9 to 9: 1. The present invention solves the above problem by the above configuration.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】前述した如く、電解質の溶媒とし
て電気化学的安定性に優れた非対称の非環状スルホンを
用いると、高率放電性能が低下する理由として、この種
溶媒の粘度が高いために電極およびセパレータの濡れ性
が悪くなるとともに、電解液のイオン導電率が低いた
め、電池の内部抵抗が高くなったことが考えられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, when an asymmetric acyclic sulfone having excellent electrochemical stability is used as a solvent for an electrolyte, the reason why the high-rate discharge performance is lowered is that the viscosity of this kind of solvent is high. It is conceivable that the wettability of the electrode and the separator deteriorates, and the ionic conductivity of the electrolytic solution is low, so that the internal resistance of the battery has increased.

【0012】そこで、電解質に非対称の非環状スルホン
と鎖状カーボネートとの混合溶媒を用いることで、それ
ぞれの溶媒を単独で用いた場合に比べて、保存特性、サ
イクル特性および高率放電性能が良好な電池が得られる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
Therefore, by using a mixed solvent of an asymmetric acyclic sulfone and a chain carbonate for the electrolyte, the storage characteristics, cycle characteristics and high-rate discharge performance are better than when each solvent is used alone. The present inventors have found that a suitable battery can be obtained, and have completed the present invention.

【0013】すなわち、非対称の非環状スルホンに低粘
度の鎖状カーボネートを添加することで、溶媒の粘度が
低下し、電極およびセパレータの濡れ性が良好になると
同時に、電解質のイオン導電率が向上したため、高率放
電性能が良好な電池が得られたと考えられる。一方、電
解質に鎖状カーボネートを単体で用いた場合は、イオン
導電率が低いことに加えて、溶媒の電気化学的安定性が
劣るため、電池性能が悪くなったことが考えられる。
That is, by adding a low-viscosity chain carbonate to an asymmetric acyclic sulfone, the viscosity of the solvent is reduced, the wettability of the electrode and the separator is improved, and the ionic conductivity of the electrolyte is improved. It is considered that a battery having good high-rate discharge performance was obtained. On the other hand, when the chain carbonate alone is used as the electrolyte, it is considered that the battery performance is deteriorated due to the low ionic conductivity and the poor electrochemical stability of the solvent.

【0014】さらに、非環状スルホンには、非対称スル
ホンと対称スルホンとがあるが、対称スルホンは、非対
称スルホンに比べて凝固点が高いために、電池使用温度
範囲が狭くなるという問題がある。ゆえに、電池の電解
質溶媒としては、非環状非対称スルホンを用いるのが好
ましい。
Further, acyclic sulfones include asymmetrical sulfones and symmetrical sulfones. The symmetrical sulfones have a higher freezing point than the asymmetrical sulfones, and thus have a problem in that the battery operating temperature range becomes narrower. Therefore, it is preferable to use a non-cyclic asymmetric sulfone as the electrolyte solvent of the battery.

【0015】以下に、好適な実施例を用いて本発明を説
明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments.

【0016】[0016]

【実施例】[実施例1]正極活物質としてLiCoO2
用いた。LiCoO290重量%に対しカーボンブラッ
クを5重量%とポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重
量%とを混合し、溶媒としてN−メチル−2−ピロリド
ン(NMP)を適宜添加してスラリーを得た。厚さ20
μmの帯状アルミニウム箔に正極合剤スラリーを均一に
塗布し、乾燥させた後にロールプレスして帯状の正極を
作製した。
[Example 1] LiCoO 2 was used as a positive electrode active material. 5% by weight of carbon black and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed with 90% by weight of LiCoO 2, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was appropriately added as a solvent to obtain a slurry. Thickness 20
A positive electrode mixture slurry was uniformly applied to a μm band-shaped aluminum foil, dried, and then roll-pressed to produce a band-shaped positive electrode.

【0017】負極には、リチウムイオンのドープ・脱ド
ープが可能な炭素材料(天然黒鉛の表面をハードカーボ
ンで被覆したもの:製品名GDA-2、三井金属鉱山製)を
用いた。炭素材料粉末90重量%に対しPVdF10重
量%を混合し、溶媒としてNMPを適宜添加してスラリ
ーを得た。このスラリーを厚さ20μmの帯状銅箔に均
一に塗布し、乾燥させた後にロールプレスして帯状の負
極を作製した。
As the negative electrode, a carbon material capable of doping / dedoping lithium ions (natural graphite whose surface is coated with hard carbon: product name GDA-2, manufactured by Mitsui Kinzoku Mining) was used. 10% by weight of PVdF was mixed with 90% by weight of the carbon material powder, and NMP was appropriately added as a solvent to obtain a slurry. This slurry was uniformly applied to a 20 μm-thick strip-shaped copper foil, dried, and then roll-pressed to produce a strip-shaped negative electrode.

【0018】このようにして作製した正極と負極とをポ
リエチレン製の微多孔膜よりなるセパレータを介して巻
回し、断面が長円形の発電素子を得た。発電素子に正負
極集電体を接続した後、長円筒形の電池容器(縦50m
m×横130mm×高さ210mm)に挿入し封口し
た。このとき、正極集電体及び負極集電体は電池容器に
設けられた正極端子及び負極端子にそれぞれ接続リード
を介して接続した。
The positive electrode and the negative electrode thus produced were wound through a separator made of a microporous polyethylene film to obtain a power generating element having an oval cross section. After connecting the positive and negative electrode current collectors to the power generating element, a long cylindrical battery container (50 m long)
mx 130 mm wide x 210 mm high) and sealed. At this time, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector were connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal provided on the battery container, respectively, via connection leads.

【0019】次に、図1〜図6に示す組成の非対称の非
環状スルホン(エチルメチルスルホン(EMS)、エチルイ
ソプロピルスルホン(EIPS))と鎖状カーボネート(ジメ
チルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EM
C)、ジエチルカーボネート(DEC))との混合溶媒に、
0.5mol/l(リットル)のLiPF6と0.5m
ol/lのLiN(CF3SO22とを共に溶解した電
解液を減圧注入後、密封して電池とした。
Next, asymmetric acyclic sulfones (ethyl methyl sulfone (EMS), ethyl isopropyl sulfone (EIPS)) and chain carbonates (dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate ( EM
C), diethyl carbonate (DEC))
0.5 mol / l (liter) LiPF 6 and 0.5 m
ol / l of LiN (CF 3 SO 2 ) 2 dissolved together with an electrolytic solution under reduced pressure, and then sealed to obtain a battery.

【0020】[比較例1]実施例1記載の電解質溶媒の代
りに、図7に示す組成のエチレンカーボネート(EC)とエ
チルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒を用いる以
外は、実施例1と同様の電池を作製した。
Comparative Example 1 The procedure of Example 1 was repeated except that a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) having the composition shown in FIG. 7 was used instead of the electrolyte solvent described in Example 1. A similar battery was manufactured.

【0021】[評価]電池は、温度25℃において電流50A
/電圧4.1Vで4時間定電流/定電圧充電後、電流100Aで
2.75Vまで高率放電するサイクルを繰り返した。充放電
100サイクル目の放電容量を図1〜図7にまとめた。
[Evaluation] The battery has a current of 50 A at a temperature of 25 ° C.
/ Constant voltage at 4.1V for 4 hours / After charging at constant voltage, at current of 100A
The cycle of discharging at a high rate to 2.75 V was repeated. The discharge capacity at the 100th charge / discharge cycle is summarized in FIGS.

【0022】[0022]

【図1】FIG.

【図2】FIG. 2

【図3】FIG. 3

【図4】FIG. 4

【図5】FIG. 5

【図6】FIG. 6

【図7】これらの図から明らかなように、電解質溶媒に
非対称の非環状スルホンと鎖状カーボネートとの混合溶
媒を用いた場合、鎖状カーボネートの含有率が、ジメチ
ルカーボネートでは10体積%以上80体積%以下、エ
チルメチルカーボネートの場合40体積%以上90体積
%以下、ジエチルカーボネートの場合80体積%以上9
0体積%以下において、図7に示す従来の電解液(EC
+DMC(2:8体積比))に比較して放電容量が大き
くなった。
FIG. 7 clearly shows that when a mixed solvent of asymmetric acyclic sulfone and a chain carbonate is used as the electrolyte solvent, the content of the chain carbonate is 10% by volume or more and 80% or more in the case of dimethyl carbonate. % By volume, 40% by volume or more and 90% by volume or less in the case of ethyl methyl carbonate, 80% by volume or more in the case of diethyl carbonate and 9%
0% by volume or less, the conventional electrolytic solution (EC
+ DMC (2: 8 volume ratio)).

【0023】この理由として、非対称の非環状スルホン
に低粘度の鎖状カーボネートを添加することで、溶媒の
粘度が低下し、電極およびセパレータの濡れ性が良好に
なると同時に、電解質のイオン導電率が向上したことが
考えられる。
The reason for this is that the addition of a low-viscosity chain carbonate to the asymmetric acyclic sulfone lowers the viscosity of the solvent, improves the wettability of the electrodes and the separator, and simultaneously reduces the ionic conductivity of the electrolyte. It is thought that it improved.

【0024】鎖状カーボネートの最適な含有率は溶媒種
によって異なる。すなわち、ジメチルカーボネートは、
3種の鎖状カーボネートの中で最も粘度が低くいが誘電
率が最も高いため、10体積%と少ない含有率から効果
が見られたが、安定性が劣るために含有率が80体積%
を超えると容量が低下した。
The optimum content of the chain carbonate varies depending on the type of the solvent. That is, dimethyl carbonate is
Among the three types of chain carbonates, the viscosity was the lowest, but the dielectric constant was the highest, so the effect was seen from the content as low as 10% by volume, but the content was 80% by volume due to poor stability.
When it exceeded, capacity decreased.

【0025】ジエチルカーボネートは、3種の鎖状カー
ボネートの中で最も粘度が高いが誘電率が最も低いた
め、80体積%以上の含有率が必要であったが、安定性
に優れるために含有率90体積%においても高容量を維
持した。
Diethyl carbonate has the highest viscosity among the three types of chain carbonates but has the lowest dielectric constant, so a content of 80% by volume or more was required. High capacity was maintained even at 90% by volume.

【0026】エチルメチルカーボネートは3種の鎖状カ
ーボネートの中で中間的な性質を有し、含有率40体積
%以上90体積%低下において効果が見られた。
Ethyl methyl carbonate has an intermediate property among the three types of chain carbonates, and an effect was observed when the content was reduced from 40% by volume to 90% by volume.

【0027】図8に、非対称の非環状スルホンであるエ
チルメチルスルホンと鎖状カーボネートであるジメチル
カーボネート、エチルメチルカーボネート、およびジエ
チルカーボネートとの混合溶媒組成図を示す。
FIG. 8 shows the composition of a mixed solvent of ethyl methyl sulfone, which is an asymmetric acyclic sulfone, and dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, which are chain carbonates.

【0028】図中白丸は、上記実施例において効果が見
られた2成分混合系の組成である。図中白三角は、3成
分混合系の実験結果であり、各点の組成は、エチルメチ
ルスルホン80体積%、ジメチルカーボネート10体積
%、エチルメチルカーボネート10体積%のもの、エチ
ルメチルスルホン16体積%、ジメチルカーボネート4
2体積%、エチルメチルカーボネート42体積%のも
の、エチルメチルスルホン60体積%、エチルメチルカ
ーボネート30体積%、ジエチルカーボネート30体積
%のもの、およびエチルメチルスルホン10体積%、エ
チルメチルカーボネート45体積%、ジエチルカーボネ
ート45体積%のものである。白四角は、4成分混合系
の実験結果であり、エチルメチルカーボネート25体積
%、ジメチルカーボネート25体積%、エチルメチルカ
ーボネート25体積%、ジエチルカーボネート25体積
%のものである。
The open circles in the figure indicate the composition of the two-component mixture system in which the effect was observed in the above embodiment. The open triangles in the figure indicate the experimental results of a three-component mixed system. The composition of each point was as follows: 80% by volume of ethyl methyl sulfone, 10% by volume of dimethyl carbonate, 10% by volume of ethyl methyl carbonate, 16% by volume of ethyl methyl sulfone , Dimethyl carbonate 4
2% by volume, 42% by volume of ethyl methyl carbonate, 60% by volume of ethyl methyl sulfone, 30% by volume of ethyl methyl carbonate, 30% by volume of diethyl carbonate, and 10% by volume of ethyl methyl sulfone, 45% by volume of ethyl methyl carbonate; It is of 45% by volume of diethyl carbonate. The open squares are the experimental results of the four-component mixed system, which are 25% by volume of ethyl methyl carbonate, 25% by volume of dimethyl carbonate, 25% by volume of ethyl methyl carbonate, and 25% by volume of diethyl carbonate.

【0029】上記3成分および4成分の混合溶媒におい
て、上記実施例と同様の実験をおこない、2成分系と同
様の効果が得られることを確認した。すなわち、前記鎖
状カーボネートと非環状スルホンとの混合比率が、図8
記載の正四面体にて示される組成範囲であって、かつ非
環状スルホンに対してジメチルカーボネートが10%、
エチルメチルカーボネートが40%、ジエチルカーボネ
ートが80%である各辺を通る面と、非環状スルホンに
対してジメチルカーボネートが80%、エチルメチルカ
ーボネートが90%、ジエチルカーボネートが90%で
ある各辺を通る面との間に示される組成範囲であれば本
願発明の効果を奏することがわかった。当然に、個の組
成図から2成分系、3成分系、4成分系の場合の組成が
一目瞭然であることはいうまでもない。加えて、組成範
囲には面上の組成を含むことも言うまでもない。
The same experiment as in the above example was conducted with the mixed solvent of the above three components and four components, and it was confirmed that the same effect as that of the two component system was obtained. That is, the mixing ratio between the chain carbonate and the non-cyclic sulfone is as shown in FIG.
A composition range represented by the described tetrahedron, and 10% of dimethyl carbonate with respect to the acyclic sulfone;
The surface passing through each side of 40% of ethyl methyl carbonate and 80% of diethyl carbonate and the side of 80% of dimethyl carbonate, 90% of ethyl methyl carbonate and 90% of diethyl carbonate with respect to the acyclic sulfone It was found that the effects of the present invention were exhibited if the composition range was shown between the surface and the passing surface. It goes without saying that the composition in the case of the two-component system, the three-component system, and the four-component system is obvious from individual composition diagrams. In addition, it goes without saying that the composition range includes the composition on the surface.

【0030】なお、上記実施例では、非対称の非環状ス
ルホンとしてエチルメチルスルホンおよびエチルイソプ
ロピルスルホンを用いる場合を説明したが、化1中、R
1≠R2でR1、R2は炭素数1〜4のアルキル基であれば
同様の効果が得られる。一例として、メチルイソプロピ
ルスルホン、エチルプロピルスルホン、プロピルイソプ
ロピルスルホン、ブチルメチルスルホン、ブチルエチル
スルホンなどがあげられ、単独あるいは2種以上を混合
して用いることができる。
In the above embodiment, the case where ethyl methyl sulfone and ethyl isopropyl sulfone are used as the asymmetric acyclic sulfone has been described.
When 1 ≠ R 2 , the same effect can be obtained if R 1 and R 2 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms. Examples thereof include methyl isopropyl sulfone, ethyl propyl sulfone, propyl isopropyl sulfone, butyl methyl sulfone, butyl ethyl sulfone and the like, and these can be used alone or in combination of two or more.

【0031】また、上記実施例では電解質に液体を用い
る場合を説明したが高分子固体電解質、あるいはゲル状
電解質に用いることができる。一例として、フッ素ゴム
系の高分子材料に上記混合溶媒を含ませた高分子固体電
解質、あるいは上記溶媒にアクリルモノマーを添加して
重合させたゲル状電解質などがあげられる。
In the above embodiment, the case where a liquid is used as an electrolyte has been described. However, the present invention can be applied to a solid polymer electrolyte or a gel electrolyte. As an example, a polymer solid electrolyte obtained by adding the above-mentioned mixed solvent to a fluororubber-based polymer material, or a gel electrolyte obtained by adding an acrylic monomer to the above-mentioned solvent and polymerizing the same can be used.

【0032】さらに、本実施例では負極に炭素材料を用
いる場合を説明したが、リチウム電池に用いられている
負極材料、たとえば金属リチウム、リチウム合金、高結
晶炭素材料(人造黒鉛、天然黒鉛)、低結晶性炭素(ハ
ードカーボン、低温焼成炭素)、金属酸化物などを単独
あるいは2種以上を組み合わせた負極に適用することが
できる。ただし、充放電サイクル寿命性能を考慮する
と、格子面間隔d002が0.338nm以上の炭素材料、あるい
は黒鉛表面を結晶性の低い炭素材料などで被覆した材料
が好ましい。
Further, in this embodiment, the case where the carbon material is used for the negative electrode has been described. However, the negative electrode material used for the lithium battery, for example, metallic lithium, lithium alloy, highly crystalline carbon material (artificial graphite, natural graphite), Low crystalline carbon (hard carbon, low-temperature fired carbon), metal oxides, and the like can be applied to the negative electrode alone or in combination of two or more. However, considering the charge-discharge cycle life performance, the carbon material of the lattice spacing d 002 is more than 0.338nm material to or graphite surface is coated like a low crystalline carbon material, is preferred.

【0033】上記実施例では、正極活物質としてリチウ
ムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を用いる場合を説明し
たが、一次電池用活物質である二酸化マンガンをはじめ
として、二次電池用活物質である二硫化チタン、スピネ
ル型リチウムマンガン酸化物、五酸化バナジウムおよび
三酸化モリブデンなどの種々のものに、適用することが
できる。特に、本発明電池に用いた電解質は、従来の電
解質に比べて、電気化学的安定性に優れるため、リチウ
ムコバルト複合酸化物、リチウム含有ニッケル・コバル
ト複合酸化物(LiNiXCo1-XO2:0.5<X<0.9)、およびス
ピネル型リチウムマンガン酸化物(LiMn2O4)などの、4V
(Li/Li+) 以上のきわめて貴な電位で充放電を行う活物
質に対して、その作用効果が大きい。
In the above embodiment, the case where the lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) is used as the positive electrode active material has been described. However, manganese dioxide which is the active material for the primary battery and the active material for the secondary battery are used. The present invention can be applied to various substances such as titanium disulfide, spinel lithium manganese oxide, vanadium pentoxide, and molybdenum trioxide. In particular, the electrolyte used in the battery of the present invention is superior in electrochemical stability to the conventional electrolyte, and therefore, the lithium-cobalt composite oxide and the lithium-containing nickel-cobalt composite oxide (LiNi X Co 1-X O 2 : 0.5 <X <0.9), and 4V such as spinel type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 )
(Li / Li + ) It has a great effect on an active material that charges and discharges at a very noble potential of above.

【0034】また、上記実施例では電解質塩としてLi
PF6とLiN(CF3SO22とを混合する場合を説明
したが、従来の一次電池および二次電池に用いられる電
解質を適用することができる。たとえば、LiCl
4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiN
(CF3SO22、LiN(Cn2n+1SO22(但し、
nは各独立して1,2,3または4)などを単独あるいは2種
以上を混合して用いることができる。なかでも、LiN
(CF3SO22は非対称非環状スルホンと鎖状カーボ
ネートとの混合溶媒に対して、イオン導電率が高くなる
という点において最も適した電解質塩である。しかし、
LiN(CF3SO22を単独で用いると、正極基材の
アルミニウム箔が腐食されることから、LiPF6とL
iN(CF3SO22とをモル比1:9〜9:1で混合
した電解質塩を用いるのが好ましい。この混合電解質塩
は、LiN(CF3SO22の添加効果により電解質の
イオン導電率が高くなること、およびLiPF6の添加
効果により正極基材のアルミニウム箔が腐食されにくく
なる。LiPF6に対するLiN(CF3SO22のモル
比が10%以下の場合は、電解質のイオン導電率が低く
なるために電池の高率放電性能が低下し、LiPF6
対するLiN(CF3SO22のモル比が90%以上の
場合は、正極基材のアルミニウム箔が腐食されるために
電池性能の低下が起こる。また、電解質に溶解する電解
質の濃度は、0.5〜1.5mol/lが適当である。
In the above embodiment, Li was used as the electrolyte salt.
Although the case where PF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 are mixed has been described, an electrolyte used in conventional primary batteries and secondary batteries can be applied. For example, LiCl
O 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN
(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C n F 2n + 1 SO 2 ) 2 (however,
n can be independently 1, 2, 3, or 4) alone or as a mixture of two or more. Above all, LiN
(CF 3 SO 2 ) 2 is the most suitable electrolyte salt in that the ionic conductivity is increased with respect to the mixed solvent of the asymmetric acyclic sulfone and the chain carbonate. But,
With LiN the (CF 3 SO 2) 2 alone, since the aluminum foil Seikyokumoto material is corroded, LiPF 6 and L
It is preferable to use an electrolyte salt obtained by mixing iN (CF 3 SO 2 ) 2 with a molar ratio of 1: 9 to 9: 1. In this mixed electrolyte salt, the ionic conductivity of the electrolyte is increased by the effect of adding LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and the aluminum foil of the positive electrode substrate is hardly corroded by the effect of adding LiPF 6 . If the molar ratio of LiN (CF 3 SO 2) 2 with respect to LiPF 6 is 10% or less, high-rate discharge performance of the battery because the ion conductivity of the electrolyte is low is reduced, LiN for LiPF 6 (CF 3 SO 2 ) When the molar ratio of 2 is 90% or more, the aluminum foil of the positive electrode substrate is corroded, and the battery performance is reduced. The concentration of the electrolyte dissolved in the electrolyte is suitably 0.5 to 1.5 mol / l.

【0035】なお、前記の実施例に係る電池はいずれも
容量100Ahの長円筒形電池であるが、円筒形、角形ま
たはペーパー形電池に本発明を適用しても同様の効果が
得られる。また上記実施例では、二次電池への適用例を
説明したが一次電池においても適用可能である。
The batteries according to the above-described embodiments are all long-cylindrical batteries having a capacity of 100 Ah, but the same effects can be obtained by applying the present invention to cylindrical, square or paper batteries. In the above embodiment, an example of application to a secondary battery has been described, but the present invention is also applicable to a primary battery.

【0036】[0036]

【発明の効果】上述したごとく、本発明によれば充放電
サイクルの進行にともなう放電容量の低下と高率放電性
能の低下とを有効に抑制できるものであり、その工業的
価値は極めて大である。
As described above, according to the present invention, it is possible to effectively suppress a decrease in discharge capacity and a decrease in high-rate discharge performance accompanying the progress of a charge / discharge cycle, and its industrial value is extremely large. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】充放電100サイクル目の放電容量とEMS+
DMC混合溶媒中のDMC含有率との関係を示す図であ
る。
FIG. 1 shows discharge capacity and EMS + at the 100th charge / discharge cycle.
It is a figure which shows the relationship with the DMC content in a DMC mixed solvent.

【図2】充放電100サイクル目の放電容量とEMS+
EMC混合溶媒中のEMC含有率との関係を示す図であ
る。
FIG. 2 shows discharge capacity and EMS + at the 100th charge / discharge cycle.
It is a figure which shows the relationship with EMC content in an EMC mixed solvent.

【図3】充放電100サイクル目の放電容量とEMS+
DEC混合溶媒中のDEC含有率との関係を示す図であ
る。
FIG. 3 shows discharge capacity and EMS + at the 100th charge / discharge cycle.
It is a figure which shows the relationship with the DEC content rate in a DEC mixed solvent.

【図4】充放電100サイクル目の放電容量とEIPS
+DMC混合溶媒中のDMC含有率との関係を示す図で
ある。
FIG. 4 shows discharge capacity and EIPS at the 100th charge / discharge cycle.
It is a figure which shows the relationship with the DMC content rate in + DMC mixed solvent.

【図5】充放電100サイクル目の放電容量とEIPS
+EMC混合溶媒中のEMC含有率との関係を示す図で
ある。
FIG. 5: Discharge capacity and EIPS at the 100th charge / discharge cycle
It is a figure which shows the relationship with the EMC content rate in + EMC mixed solvent.

【図6】充放電100サイクル目の放電容量とEIPS
+DEC混合溶媒中のDEC含有率との関係を示す図で
ある。
FIG. 6 shows discharge capacity and EIPS at the 100th charge / discharge cycle.
It is a figure which shows the relationship with the DEC content rate in + DEC mixed solvent.

【図7】充放電100サイクル目の放電容量とEC+E
MC混合溶媒中のEMC含有率との関係を示す図であ
る。
FIG. 7 shows the discharge capacity and EC + E at the 100th charge / discharge cycle.
It is a figure which shows the relationship with EMC content in MC mixed solvent.

【図8】図8は、非対称の非環状スルホンであるエチル
メチルスルホンと鎖状カーボネートであるジメチルカー
ボネート、エチルメチルカーボネート、およびジエチル
カーボネートとの混合溶媒組成図である。
FIG. 8 is a composition diagram of a mixed solvent of ethyl methyl sulfone, which is an asymmetric acyclic sulfone, and dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, which are chain carbonates.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 負極と、正極と、電解質とを備えてお
り、 前記電解質が化1で表される非対称の非環状スルホン
と、鎖状カーボネートとを含有しており、 前記鎖状カーボネートが、ジメチルカーボネート、エチ
ルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートの少なく
とも1種以上であることを特徴とする非水電解質電池。 【化1】ただし、化1中、R1≠R2でR1、R2は炭素数
1〜4のアルキル基である。
1. An electrolyte comprising: a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte, wherein the electrolyte contains an asymmetric acyclic sulfone represented by the following formula (1) and a chain carbonate, wherein the chain carbonate is: A non-aqueous electrolyte battery comprising at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate. Wherein R 1 ≠ R 2 and R 1 and R 2 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms.
【請求項2】 前記鎖状カーボネートと非環状スルホン
との混合比率が、図8記載の正四面体にて示される組成
範囲であって、かつ非環状スルホンに対してジメチルカ
ーボネートが10体積%、エチルメチルカーボネートが
40体積%、ジエチルカーボネートが80体積%である
各辺を通る面と、非環状スルホンに対してジメチルカー
ボネートが80体積%、エチルメチルカーボネートが9
0体積%、ジエチルカーボネートが90体積%である各
辺を通る面との間に示される組成範囲であることを特徴
とする請求項1記載の非水電解質電池。
2. The mixing ratio between the chain carbonate and the non-cyclic sulfone is within the composition range shown by the tetrahedron shown in FIG. 8, and dimethyl carbonate is 10% by volume with respect to the non-cyclic sulfone; 40% by volume of ethyl methyl carbonate, 80% by volume of diethyl carbonate passing through each side, and 80% by volume of dimethyl carbonate and 9% of ethyl methyl carbonate with respect to the acyclic sulfone.
2. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the composition range is between 0% by volume and a plane passing through each side of 90% by volume of diethyl carbonate.
【請求項3】 前記電解質が、LiPF6とLiN(C
3SO22とをモル比1:9〜9:1で混合した電解
質塩を含有していることを特徴とする請求項1又は2記
載の非水電解質電池。
3. The method according to claim 1, wherein the electrolyte comprises LiPF 6 and LiN (C
F 3 SO 2) 2 and the molar ratio of 1: 9 to 9: The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1 or 2, characterized in that it contains an electrolyte salt were mixed in a 1.
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