JP2000067924A - Lithium ion battery having adjusted electrode interface and electrochemical process - Google Patents

Lithium ion battery having adjusted electrode interface and electrochemical process

Info

Publication number
JP2000067924A
JP2000067924A JP10250874A JP25087498A JP2000067924A JP 2000067924 A JP2000067924 A JP 2000067924A JP 10250874 A JP10250874 A JP 10250874A JP 25087498 A JP25087498 A JP 25087498A JP 2000067924 A JP2000067924 A JP 2000067924A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium ion
passivation layer
relative
electrode
additive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10250874A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Denis G Fauteux
ジー フォトー デニス
Jie Shi
シー ジー
Kazuko Otani
和子 大谷
Eitaro Takahashi
英太郎 高橋
Kenji Okahara
賢二 岡原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/136,986 external-priority patent/US6030719A/en
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Publication of JP2000067924A publication Critical patent/JP2000067924A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent gas generation in a battery due to the decomposition of a solvent by setting, in a certain range, the value of a relative thickness index relating to carbon and lithium in a discharge condition after performing charge and discharge of one or more cycles and the value of a relative lithium ion containing index regarding a stationary layer formed on the surface of a carbonaceous electrode. SOLUTION: The value of a relative thickness index equal to A[Cls(2)]/A[Cls(1)] is set around 10-90, and the value of a relative lithium ion containing index equal to A[Lils]/A[Cls(2)] is set around 0.1-0.7, where A[Cls(1)] represents a peak area of the ls level of carbon of which peak tops measured by an X-ray photo-electron spectroscopy reside in the range of 284.4-284.8 eV, A[Cls(2)] represents the entire peak area of the ls level of carbon measured by the X-ray photo-electron spectroscopy, and A[Lils] represents the entire peak area of the ls level of lithium measured by the X-ray photo-electron spectroscopy.

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、調整された電極界
面を有するリチウムイオン電池および電気化学的プロセ
スに関する。詳しくは、本発明は、電解質と組み合わせ
て使用する溶媒の分解による電池内のガス発生を防止す
ると共に、電池のサイクル時および保存時の添加物自体
の分解において実質的にガスを発生しない添加物を有す
るリチウムイオン電池および電解プロセスに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a lithium ion battery having a tuned electrode interface and an electrochemical process. More specifically, the present invention prevents the generation of gas in the battery due to the decomposition of the solvent used in combination with the electrolyte, and the additive does not substantially generate gas in the decomposition of the additive itself during cycling and storage of the battery. And an electrolytic process having the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウムイオン二次バッテリー等のリチ
ウムイオン電池は、ここ数年来当分野で周知である。更
に、炭素電極を利用し、液体、ゲル、ポリマーあるいは
プラスチックの電解質を使用したリチウム電池も同様に
周知である。
2. Description of the Related Art Lithium ion batteries, such as lithium ion secondary batteries, have been known in the art for several years. Further, lithium batteries using a carbon electrode and a liquid, gel, polymer or plastic electrolyte are also well known.

【0003】この様な種々の電解質が利用されてきた
が、市販の溶媒を電解質内で使用すると、電池のサイク
ル時および保存中にそれらの溶媒に関連するいくつかの
問題点が認識される様になった。実際、溶媒が分解する
と二つの好ましくない反応が起こる。具体的には、電池
の初期充電時に溶媒は電極界面と反応し、そこに不動態
層が形成される。その結果、電池の初期充放電(cyc
le coulomic)効率が大幅に減少する。第2
に、先ず電池の充放電サイクルを行い、次いで充放電サ
イクルを継続する場合および電池を保存する場合におい
て、電解質内の溶媒は分解し続ける。その結果、溶媒の
分解によりガスが発生し、電池内部の圧力が増大する。
[0003] Although a variety of such electrolytes have been utilized, the use of commercially available solvents in the electrolytes has led to the recognition of several problems associated with those solvents during battery cycling and storage. Became. In fact, two undesirable reactions occur when the solvent decomposes. Specifically, during the initial charging of the battery, the solvent reacts with the electrode interface, where a passivation layer is formed. As a result, the initial charge and discharge of the battery (cyc
le coulomic) efficiency is greatly reduced. Second
First, the solvent in the electrolyte continues to decompose when the battery is first subjected to a charge / discharge cycle, and then when the charge / discharge cycle is continued and when the battery is stored. As a result, gas is generated by the decomposition of the solvent, and the pressure inside the battery increases.

【0004】上記の問題を解決するために、従来技術に
おいては、溶媒と反応する前に電極表面と反応し、溶媒
/電解質に添加される添加物を利用する方法が試みられ
ている。その結果、この添加物は溶媒の分解を防止する
ための不動態層を形成する。
[0004] In order to solve the above problems, in the prior art, a method of reacting with the electrode surface before reacting with the solvent and utilizing an additive added to the solvent / electrolyte has been attempted. As a result, this additive forms a passivation layer to prevent decomposition of the solvent.

【0005】この様な従来技術の電池において、溶媒の
分解に関して関心が払われているが、それにも関らず、
添加物自体の分解によるガス発生によって相殺されてし
まうことについては解決されていない。従って、添加物
の使用により、幾分有益とはなるが、一方では、溶媒か
らのガス発生の抑制に対抗する添加物からのガス発生の
問題が依然として残されている。
[0005] In such prior art batteries, attention has been paid to the decomposition of the solvent.
It has not been solved that the additive is offset by gas generation due to decomposition of the additive itself. Thus, while the use of additives may provide some benefit, the problem of gassing from additives, which opposes the suppression of gassing from solvents, still remains.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】電解質と組み合わせて
使用する溶媒の分解による電池内のガス発生を防止する
と共に、電池のサイクル時および保存時の添加物自体の
分解において実質的にガスを発生しない添加物を有する
リチウムイオン電池および電解プロセスを提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION Gas generation in a battery due to decomposition of a solvent used in combination with an electrolyte is prevented, and substantially no gas is generated during decomposition of the additive itself during cycling and storage of the battery. It is to provide a lithium ion battery and an electrolytic process with additives.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討した結果、不動態層における、少
なくとも電池の第1サイクル後の放電状態におけるX線
光電子分光法で測定された炭素とリチウムに関するピー
ク面積の関係を規定することにより、上記の目的を達成
し得るとの知見を得た。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, the passive layer has been measured by X-ray photoelectron spectroscopy at least in the discharge state after the first cycle of the battery. It has been found that the above object can be achieved by defining the relationship between the peak areas of carbon and lithium.

【0008】本発明は上記の知見に基づき完成されたも
のであり、その第1の要旨は、少なくとも一方が炭素質
電極である第1電極および第2電極と、電解質と、上記
炭素質電極の表面に形成された不動態層とから成るリチ
ウムイオン電池であって、上記不動態層は、少なくと
も、炭素、リチウム、添加物および/または炭素質電極
と当該添加物との反応生成物を含み、しかも、1サイク
ル以上の充放電を行った後の放電状態におけるX線光電
子分光法で測定された炭素とリチウムに関係する、以下
の式(I)で示される相対厚み指数が約10〜90であ
り、且つ、以下の式(II)で示される相対リチウムイオ
ン含有指数が約0.1〜0.7であることを特徴とする
リチウムイオン電池に存する。
The present invention has been completed based on the above findings, and a first gist of the present invention is that a first electrode and a second electrode, at least one of which is a carbonaceous electrode, an electrolyte, A lithium ion battery comprising a passivation layer formed on a surface, wherein the passivation layer contains at least carbon, lithium, an additive and / or a reaction product of the carbonaceous electrode and the additive, In addition, the relative thickness index related to carbon and lithium measured by X-ray photoelectron spectroscopy in a discharge state after one cycle or more of charge and discharge is about 10 to 90, which is represented by the following formula (I). And a relative lithium ion content index represented by the following formula (II) is about 0.1 to 0.7.

【0009】[0009]

【数3】 相対厚み指数=A[C1s(2)]/A[C1s(1)] (I) 相対リチウムイオン含有指数=A[Li1s]/A[C1s(2)] (II) (但しA[C1s(1)]は、X線光電子分光法で測定
された、ピークトップが284.4〜284.8eVに
存在する炭素1s準位のピーク面積を表し、A[C1s
(2)]は、X線光電子分光法で測定された、全ての炭
素1s準位のピーク面積を表し、A[Li1s]はX線
光電子分光法で測定された、全てのリチウム1s準位の
ピーク面積を表す。)
(1) Relative thickness index = A [C1s (2)] / A [C1s (1)] (I) Relative lithium ion content index = A [Li1s] / A [C1s (2)] (II) (where A [C1s (1)] represents the peak area of the carbon 1s level having a peak top at 284.4 to 284.8 eV, measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [C1s
(2)] represents the peak area of all carbon 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [Li1s] represents the peak area of all lithium 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy. Represents the peak area. )

【0010】第1の要旨の好ましい実施態様では、添加
物または添加物の反応生成物の少なくとも一つにより、
電解液内の構成物の分解または不動態層内の添加物もし
くは添加物との反応生成物の分解によるガスの発生を実
質的に防止する。
In a preferred embodiment of the first aspect, at least one of the additive or the reaction product of the additive comprises:
Gas generation due to decomposition of components in the electrolyte or decomposition of additives or reaction products with the additives in the passive layer is substantially prevented.

【0011】第1の要旨の他の好ましい実施態様では、
不動態層の相対厚み指数が約20〜80である。
In another preferred embodiment of the first aspect,
The passivation layer has a relative thickness index of about 20-80.

【0012】第1の要旨の他の好ましい実施態様では、
不動態層の相対厚み指数が約30〜70である。
In another preferred embodiment of the first aspect,
The passivation layer has a relative thickness index of about 30-70.

【0013】第1の要旨の他の好ましい実施態様では、
不動態層の相対リチウムイオン含有指数が約0.15〜
0.6である。
In another preferred embodiment of the first aspect,
The passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.15 to
0.6.

【0014】第1の要旨の他の好ましい実施態様では、
不動態層の相対リチウムイオン含有指数が約0.2〜
0.5である。
In another preferred embodiment of the first aspect,
The passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.2 to
0.5.

【0015】本発明の第2の要旨は、少なくとも一方が
炭素質電極である第1電極および第2電極と、少なくと
も一つの構成物を含有する電解質と、電解質と炭素質電
極を伴う電極の少なくとも一つと結合(associa
te)する添加物とから成るリチウムイオン電池におけ
る電気化学的プロセスであって、次の(a)〜(b)の
条件を満足することを特徴とする電気化学的プロセスに
存する。
A second gist of the present invention is that at least one of a first electrode and a second electrode, each of which is a carbonaceous electrode, an electrolyte containing at least one component, and at least one of an electrode having an electrolyte and a carbonaceous electrode. Associate with one (associa
te) An additive in a lithium ion battery comprising: an additive which satisfies the following conditions (a) and (b):

【0016】(a)リチウムイオン電池を充電する工程
と、炭素質電極表面と添加物の間の化学反応により炭素
質電極表面に不動態層を形成する工程とを含み、(b)
上記不動態層は、少なくとも、炭素、リチウム、添加物
および/または炭素質電極と当該添加物との反応生成物
を含み、(c)上記不動態層において、少なくとも1サ
イクル以上の充放電を行った後の放電状態におけるX線
光電子分光法で測定された炭素とリチウムとに関係す
る、以下の式(I)で示される相対厚み指数が約10〜
90であり、且つ、以下の式(II)で示される相対リチ
ウムイオン含有指数が約0.1〜0.7である。
(A) charging a lithium ion battery, and forming a passivation layer on the carbonaceous electrode surface by a chemical reaction between the carbonaceous electrode surface and an additive; (b)
The passivation layer contains at least carbon, lithium, an additive, and / or a reaction product of the carbonaceous electrode and the additive, and (c) performs at least one cycle of charge / discharge in the passivation layer. The relative thickness index represented by the following formula (I) related to carbon and lithium measured by X-ray photoelectron spectroscopy in the discharged state after the discharge is about 10 to 10:
90 and a relative lithium ion content index represented by the following formula (II) is about 0.1 to 0.7.

【0017】[0017]

【数4】 相対厚み指数=A[C1s(2)]/A[C1s(1)] (I) 相対リチウムイオン含有指数=A[Li1s]/A[C1s(2)] (II) (但しA[C1s(1)]は、X線光電子分光法で測定
された、ピークの頂上が284.4〜284.8eVに
存在する炭素1s準位のピーク面積を表し、A[C1s
(2)]は、X線光電子分光法で測定された、全ての炭
素1s準位のピーク面積を表し、A[Li1s]はX線
光電子分光法で測定された、全てのリチウム1s準位の
ピーク面積を表す。)
## EQU4 ## Relative thickness index = A [C1s (2)] / A [C1s (1)] (I) Relative lithium ion content index = A [Li1s] / A [C1s (2)] (II) (where A [C1s (1)] represents the peak area of the carbon 1s level where the peak is present at 284.4 to 284.8 eV, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [C1s
(2)] represents the peak area of all carbon 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [Li1s] represents the peak area of all lithium 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy. Represents the peak area. )

【0018】[0018]

【発明の実施の態様】以下、本発明を図面を使用して説
明する。本願発明は多くの異なった形の実施態様を許容
できるので、ここで開示されるいくつかの態様は、本発
明の基本原理の開示であり、この開示に発明を限定する
ものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. Some aspects disclosed herein are disclosures of the basic principles of the invention and do not limit the invention to this disclosure, as the present invention is capable of many different embodiments.

【0019】図1は、本願発明の電荷の印加前のリチウ
ムイオン電池10の概略図である。リチウムイオン電池
10は、第1電極12、第2電極14及び電解質16と
からなり、第1電極12は炭素質表面24を有する。電
解質16は、溶媒18又は溶媒混合物、リチウム塩(図
示せず)及び添加物22を含有する。電荷の印加前にお
いて、添加物22は電解質16と関連しているように図
示されているが、始めに第1電極12、第2電極14の
何れか又は両方とも関連していることも考えられる。
FIG. 1 is a schematic view of a lithium ion battery 10 according to the present invention before application of electric charge. The lithium ion battery 10 includes a first electrode 12, a second electrode 14, and an electrolyte 16, and the first electrode 12 has a carbonaceous surface 24. The electrolyte 16 contains a solvent 18 or a solvent mixture, a lithium salt (not shown), and an additive 22. Prior to the application of the charge, the additive 22 is shown as being associated with the electrolyte 16, but it is also conceivable that the additive 22 is initially associated with either or both the first electrode 12, the second electrode 14, or both. .

【0020】更に、添加物22は、以下に実験において
は、2種の特殊な開環スピロ−ケトン(ring op
ening spiro−ketone)から成る化合
物として例示されているが、開環スピロ又はシクロ有機
化合物を包含する類似の官能基を有する化合物、中で
も、1)電解質中の溶媒よりも先に炭素質電極と反応
し、2)以下に説明する特定の範囲の相対厚み指数と相
対リチウムイオン含有指数を有する不動態層を、炭素質
表面上に形成し、3)その結果、電解質中のガス発生能
を有する溶媒が炭素質表面と接触するのを実質的に防止
し、4)充放電や貯蔵の際の分解による電池10内での
ガス発生を実質的に防止する、化合物もまた考えられ
る。
In addition, additive 22 is described in the following experiments in two special ring-opened spiro-ketones (ring ops).
Compounds having similar functional groups, including ring-opened spiro or cycloorganic compounds, are exemplified as compounds consisting of an enzymatic spiro-ketone), especially 1) reacting with the carbonaceous electrode prior to the solvent in the electrolyte. 2) forming a passivation layer having a relative thickness index and a relative lithium ion content index in a specific range described below on the carbonaceous surface; and 3) as a result, a solvent having a gas generating ability in the electrolyte. Are also conceivable, which substantially prevent the gas from coming into contact with the carbonaceous surface and 4) substantially prevent gas evolution within the battery 10 due to decomposition during charge and discharge or storage.

【0021】なお、添加物22がガス発生を防止すると
いう意味は、全てのガス発生を防止するのではなく、本
発明にとってガスの発生を防止することが有益である様
な場合においてガス発生を防止するという意味であるこ
とは、当業者ならば理解される。
It should be noted that the meaning that the additive 22 prevents gas generation does not prevent all gas generation, but does not prevent gas generation in cases where it is beneficial for the present invention to prevent gas generation. The meaning of preventing is understood by those skilled in the art.

【0022】また、溶媒18として、PC(炭酸プロピ
レン)、DEC(炭酸ジエチル)、DMC(炭酸ジメチ
ル)、EC(炭酸エチレン)の様な、有機炭酸塩の溶媒
を好適に使用できるが、その他の市販で従来より使われ
てきた(液体、ポリマー、ゲル及びプラスチックの様
な)溶媒または電解質系も同様に使用できる。
As the solvent 18, an organic carbonate solvent such as PC (propylene carbonate), DEC (diethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate) and EC (ethylene carbonate) can be preferably used. Conventionally used solvents or electrolyte systems (such as liquids, polymers, gels and plastics) which are commercially available can be used as well.

【0023】リチウム塩としては、LiPF6、LiA
sF6、LiClO4等を使用することが出来る。
As the lithium salt, LiPF 6 , LiA
sF 6 , LiClO 4 or the like can be used.

【0024】図2は、最初の電荷印加に引き続き、1サ
イクル以上の充放電を行った後のリチウムイオン電池1
0の概略図である。第1電極12の炭素質表面24上に
不動態層40が存在する。不動態層40は、少なくと
も、炭素、リチウム及び添加物または第1電極12の炭
素質表面と当該添加物との反応生成物の少なくとも一つ
から成る。不動態層40の実際の組成および添加物22
(図1)と炭素質表面24の相互作用については、対応
米国出願08/812,021号(日本出願、特願平1
0−50379号)に記載されている。
FIG. 2 shows the lithium ion battery 1 after one or more cycles of charging and discharging following the initial charge application.
FIG. A passivation layer 40 is present on the carbonaceous surface 24 of the first electrode 12. The passivation layer 40 is made of at least one of carbon, lithium and an additive or a reaction product of the additive with the carbonaceous surface of the first electrode 12. Actual composition of passivation layer 40 and additives 22
(FIG. 1) and the interaction between the carbonaceous surface 24 are described in the corresponding U.S. patent application Ser.
0-50379).

【0025】リチウムイオン電池10(図1)の製造方
法および初期充電時に電池内で起こる実際の電気化学的
プロセスを図3に示す。これらの製造方法および電気化
学的プロセスは、以下のステップから成る。
FIG. 3 shows a method of manufacturing the lithium ion battery 10 (FIG. 1) and the actual electrochemical process that takes place in the battery during initial charging. These manufacturing methods and electrochemical processes consist of the following steps.

【0026】先ず、第1電極12、第2電極14及び電
解質16を組立てることにより、初期電池を作る。本開
示の目的で、第1電極12は、炭素質表面層24を有す
るアノードを含み、そして、第2電極14はカソードを
含む。勿論、二次電池の構成において、アノードとカソ
ードは、その電池が充電中であるか放電中であるかによ
って、相互に交換可能となる。電極同様、特定の電解質
は、従来の技術を使用して作製する。更に、溶媒18及
び添加物22を最初に電解質と関連させてもよい。しか
しながら、少なくとも、添加物は、電極の1つ又は両方
と選択的または同様に関連させてもよい。
First, an initial battery is manufactured by assembling the first electrode 12, the second electrode 14, and the electrolyte 16. For purposes of the present disclosure, first electrode 12 includes an anode having a carbonaceous surface layer 24, and second electrode 14 includes a cathode. Of course, in the configuration of a secondary battery, the anode and cathode can be interchangeable depending on whether the battery is charging or discharging. As with the electrodes, certain electrolytes are made using conventional techniques. Further, solvent 18 and additive 22 may be initially associated with the electrolyte. However, at least the additives may be selectively or similarly associated with one or both of the electrodes.

【0027】電池の組立終了後、初期充電を行う。この
充電で、添加物22(図1)が炭素質表面24と反応
し、電極12の炭素質表面24上に不動態層40(図
2)が形成される。上記の反応により、不動態層40
は、少なくとも炭素、リチウム及び添加物22及び/又
は炭素質電極12と添加物22との反応生成物から成
る。更に、不動態層40は、相対厚み指数(不動態層4
0内の、X線光電子分光法で測定された炭素1s準位の
発光に関係する)が約10〜90であり、且つ、相対リ
チウムイオン含有指数(不動態層40内の、X線光電子
分光法で測定されたリチウム1s準位の発光に関係す
る)が約0.1〜0.7である。
After the completion of the battery assembly, initial charging is performed. With this charging, the additive 22 (FIG. 1) reacts with the carbonaceous surface 24 to form a passivation layer 40 (FIG. 2) on the carbonaceous surface 24 of the electrode 12. By the above reaction, the passivation layer 40
Consists of at least carbon, lithium and the additive 22 and / or a reaction product of the carbonaceous electrode 12 and the additive 22. Furthermore, the passivation layer 40 has a relative thickness index (passivation layer 4
0, which is related to the emission of carbon 1s level measured by X-ray photoelectron spectroscopy) is about 10-90, and the relative lithium ion content index (X-ray photoelectron spectroscopy in the passivation layer 40) (Related to the emission of lithium 1s level measured by the method) is about 0.1 to 0.7.

【0028】以下の実施例の表1に示す様に、上記の相
対厚み指数および相対リチウムイオン含有指数の範囲内
の不動態層を有するリチウムイオン電池は、本発明の対
応米国出願08/812,021号(日本出願、特願平
10−50379号)に記載されている様な添加物を使
用しなかった場合および/または不動態層40の相対厚
み指数および相対リチウムイオン含有指数が本発明で規
定の範囲外である場合に比較し、実質的に、より高い初
期充放電効率を示す。例えば、不動態層において本発明
で使用される添加物を使用し、相対厚み指数が90を超
え、相対リチウムイオン含有指数が0.1より小さい場
合、電解質の分解は防止されたとしても、イオン電気伝
導度および電気伝導度が劣る。逆に、不動態層の相対厚
み指数が10より小さく、相対リチウムイオン含有指数
が0.7より大きい場合、高い伝導度を示すが、電解質
の分解の防止が極めて不十分である。
As shown in Table 1 of the following examples, a lithium ion battery having a passivation layer within the ranges of the relative thickness index and relative lithium ion content index described above corresponds to the corresponding US application Ser. No. 021 (Japanese application, Japanese Patent Application No. 10-50379), when no additive was used and / or the relative thickness index and relative lithium ion content index of the passivation layer 40 were determined by the present invention. It shows a substantially higher initial charge / discharge efficiency as compared to a case outside the specified range. For example, if the additive used in the present invention is used in the passivation layer and the relative thickness index is greater than 90 and the relative lithium ion content index is less than 0.1, the decomposition of the electrolyte is prevented even if the decomposition of the electrolyte is prevented. Electric conductivity and electric conductivity are poor. Conversely, when the relative thickness index of the passivation layer is smaller than 10, and the relative lithium ion content index is larger than 0.7, the passivation layer shows high conductivity, but the prevention of decomposition of the electrolyte is extremely insufficient.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳しく説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されない。初期充
放電効率の増加と、不動態層の相対厚み指数および相対
リチウムイオン含有指数を確認するため、以下の実施例
および比較例を行った。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. The following Examples and Comparative Examples were performed to confirm an increase in initial charge / discharge efficiency and a relative thickness index and a relative lithium ion content index of the passivation layer.

【0030】実施例1〜3、比較例1〜2 実施例1、2及び比較例1において、炭素表面を有する
電極(アノード)は、3−電極セルを使って評価した。
電極を2×2cm2の細片に切り、作動電極として作用
させた。リチウム金属も2×2cm2の細片に切り、対
電極として働かせた。リチウム電極を0.5×0.5c
2の細片に切り、動作および逆電極間にサンドイッチ
状に挟んだ。次いで、電極群をガラス繊維紙によって分
離し電解質溶液中に浸した。
Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, an electrode (anode) having a carbon surface was evaluated using a three-electrode cell.
The electrodes were cut into 2 × 2 cm 2 strips and served as working electrodes. Lithium metal was also cut into 2 × 2 cm 2 strips and served as a counter electrode. 0.5 × 0.5c lithium electrode
m 2 strips were sandwiched between the working and counter electrodes. Next, the electrode group was separated by glass fiber paper and immersed in an electrolyte solution.

【0031】実施例1、2及び比較例1では、添加物を
電解質溶液と組み合わせた。電解質添加物は、5.0グ
ラムの、1,6−ジオキサスピロ[4,4]ノナン−
2,7−ジオン(以後、1,6スピロ)又は、1,4−
ジオキサスピロ[4,5]デカン−2−オン(以後、
1,4スピロ)のどちらかを、95.0グラムの炭酸プ
ロピレン又は炭酸プロピレンと炭酸エチレンの混合物
(重量で1:1)に溶解することにより調製した。次
に、その溶液をモレキュラーシーブ4A電子ふるい上で
3日間乾燥して、水分が20ppm未満であることを従
来のKarl−Fischer分析によって確認した。
その溶液に、1Mの濃度が得られるまでLiAsF6
溶解した。モレキュラーシーブを使って電解質溶液を更
に所望の水分20ppmが得られるまで乾燥し、これも
同様にKarl−Fischer分析によって確認し
た。
In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the additives were combined with an electrolyte solution. The electrolyte additive was 5.0 grams of 1,6-dioxaspiro [4,4] nonane-
2,7-dione (hereinafter 1,6 spiro) or 1,4-
Dioxaspiro [4,5] decan-2-one (hereinafter referred to as
1,4 spiro) was prepared by dissolving either 95.0 grams of propylene carbonate or a mixture of propylene carbonate and ethylene carbonate (1: 1 by weight). The solution was then dried on a molecular sieve 4A electronic sieve for 3 days and the water content was less than 20 ppm as determined by conventional Karl-Fischer analysis.
To the solution was dissolved LiAsF 6 to a concentration of 1M is obtained. The electrolyte solution was further dried using molecular sieves until the desired water content of 20 ppm was obtained, which was also confirmed by Karl-Fischer analysis.

【0032】実施例1、2及び比較例1では、黒鉛カー
ボン電極を次の方法で作製した。先ず、4.9グラムの
黒鉛粉末(Lonza社製LONZA KS−6)を
5.0グラムの(重量で)2%のPVdF/NMP(p
olyvinylideneFluoride/N−m
ethylpyrrolidone)溶液と混合した。
黒鉛の混合物を約12時間、ボールミルを使って微粉砕
し、ペーストを生成した。次に、得られたペーストを下
塗りした銅箔上にコーティングした。次いで、溶媒NM
Pを80℃、真空下で約12時間かけて除去した。
In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, graphite carbon electrodes were produced by the following method. First, 4.9 grams of graphite powder (LONZA KS-6 from Lonza) was combined with 5.0 grams (by weight) of 2% PVdF / NMP (p).
olyvinylideneFluoride / N-m
(ethylpyrrolidone) solution.
The mixture of graphite was milled using a ball mill for about 12 hours to produce a paste. Next, the obtained paste was coated on an undercoated copper foil. Then the solvent NM
P was removed at 80 ° C. under vacuum for about 12 hours.

【0033】実施例1、2及び比較例1において、KS
6(市販の炭素物質、TIMICAL CO.社製(ス
イス))及び2重量%のPVdFバインダーから成る炭
素質材料を使用した。実施例1及び比較例1では、P
C、ECの比が1:1であるリチウム塩(1M)電解質
を使用し、一方実施例2では、ECを使用しないリチウ
ム塩(1M)電解質を使用した。実施例1及び2では、
本発明の添加物を使用したが、比較例1では、比較のた
めの電池または従来技術の例として、添加物を使用しな
かった。
In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, KS
6 (commercially available carbon material, manufactured by TIMICAL CO., Switzerland) and a carbonaceous material consisting of 2% by weight of PVdF binder. In Example 1 and Comparative Example 1, P
A lithium salt (1M) electrolyte having a C: EC ratio of 1: 1 was used, while in Example 2, a lithium salt (1M) electrolyte without EC was used. In Examples 1 and 2,
The additive of the present invention was used, but in Comparative Example 1, no additive was used as a comparative battery or a prior art example.

【0034】実施例3及び比較例2では、炭素質物質と
して90重量%のSFG15(市販の炭素質物質、TI
MICAL CO.社製(スイス))に、10重量%の
PVdFバインダーを加え、NMP溶媒でスラリー化し
たものを銅箔に塗布し、120℃で10分間乾燥させ
た。電解質としては、一般のリチウム塩/PC電解質を
使用した。実施例3では、本発明の添加物を使用した
が、比較例2においては比較のために従来の添加物を使
用した。
In Example 3 and Comparative Example 2, 90% by weight of SFG15 (commercially available carbonaceous material, TI
MICAL CO. (Switzerland), 10% by weight of a PVdF binder was added, and a slurry slurried with an NMP solvent was applied to a copper foil and dried at 120 ° C. for 10 minutes. As the electrolyte, a general lithium salt / PC electrolyte was used. In Example 3, the additive of the present invention was used. In Comparative Example 2, a conventional additive was used for comparison.

【0035】実施例3及び比較例2では、炭素表面を有
する電極をコイン型セルを使用して評価した。当該電極
を13φの円板状に切り取り、作動電極とし、対電極と
して15φ円板状のリチウム金属箔を使用した。作動電
極を正極缶側に置き、その上にポリエチレン多孔膜セパ
レータ(25μm、R−φ)を敷き、その上から対電極
を重ね、最後に負極缶をしてかしめた。なお、正極缶と
負極缶の間にはポリプロピレン製のガスケットを挿入
し、絶縁を確保した。
In Example 3 and Comparative Example 2, an electrode having a carbon surface was evaluated using a coin-type cell. The electrode was cut into a 13φ disk shape to serve as a working electrode, and a 15φ disk-shaped lithium metal foil was used as a counter electrode. The working electrode was placed on the positive electrode can side, a polyethylene porous membrane separator (25 μm, R-φ) was laid thereon, a counter electrode was overlaid thereon, and finally the negative electrode can was swaged. A gasket made of polypropylene was inserted between the positive electrode can and the negative electrode can to secure insulation.

【0036】初期充放電効率の決定については、従来技
術でよく知られており、本発明の対応米国出願08/8
12,021号(日本出願、特願平10−50379
号)にも記載されているので、公知の技術であるX線光
電子分光法の測定によって補われないデータに対する実
験方法について、以下に記載する。
The determination of the initial charge / discharge efficiency is well known in the prior art and corresponds to US application Ser.
12,021 (Japanese application, Japanese Patent Application No. 10-50379)
), The following describes an experimental method for data that is not compensated by the measurement of X-ray photoelectron spectroscopy, which is a known technique.

【0037】実施例1、2及び比較例1において、夫々
のリチウムイオン電池の充放電を1サイクル行った後
に、X線光電子分光法の測定により、炭素質電極を評価
した。一方、実施例3及び比較例2においては、夫々の
リチウムイオン電池の充放電を3サイクル行った後に、
炭素質電極を評価した。なお、実施例1、2及び比較例
においては、充電を定電流充電(0.06mA/cm2
で5mV迄)で行い、放電を定電流放電(0.06mA
/cm2で25V迄)で行った。また、実施例3及び比
較例2においては、充電を定電流定電圧充電(0.06
mA/cm2で5mVまで定電流充電し、次いで0.0
04mA/cm2迄定電圧充電)で行い、放電を定電流
放電(0.06mA/cm2で15V迄)で行った。
In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, each of the lithium ion batteries was charged and discharged for one cycle, and then the carbonaceous electrodes were evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy. On the other hand, in Example 3 and Comparative Example 2, after performing three cycles of charging and discharging of each lithium ion battery,
The carbonaceous electrode was evaluated. In Examples 1 and 2 and Comparative Example, charging was performed at a constant current (0.06 mA / cm 2).
And discharge at a constant current (0.06 mA).
/ Cm 2 up to 25 V). In Example 3 and Comparative Example 2, the charging was performed at a constant current and a constant voltage (0.06
Constant current charging to 5 mV at mA / cm 2 and then 0.0
04mA / cm performed in 2 Madejo voltage charge), was discharged at a constant current discharge (up to 15V at 0.06 mA / cm 2).

【0038】上記の充放電サイクルを行った後、電池を
分解し、炭素質電極を取り外した。取り外された電極
は、約10分ほどDME(1,2−ジメトキシエタン)
でリンスし、更に、真空中、40℃で1時間乾燥した。
After performing the above charge / discharge cycle, the battery was disassembled and the carbonaceous electrode was removed. The removed electrode is DME (1,2-dimethoxyethane) for about 10 minutes.
And further dried in vacuum at 40 ° C. for 1 hour.

【0039】形成された不動態層中の炭素およびリチウ
ムの強度を決定するために、上記乾燥した電極のX線光
電子分光測定を行った。具体的には、X線光電子分光装
置として、PHYSICAL ELECTRONICS
CO.社製ESCA−5500システムから成る装置
を使用した。上記装置を使用しての測定条件を表1に示
す。
X-ray photoelectron spectroscopy of the dried electrode was performed to determine the strength of carbon and lithium in the passivation layer formed. Specifically, as an X-ray photoelectron spectroscopy device, PHYSICAL ELECTRONICS
CO. A device consisting of a company ESCA-5500 system was used. Table 1 shows the measurement conditions using the above apparatus.

【0040】[0040]

【表1】 使用X線 :単色化Al Kα線 X線加速電圧、電流 :14kV、10.7mA 電子取り出し角 :試料表面に対し65° 電磁集光レンズの視野:直径0.8mmの円 透過エネルギー :29.35eV 測定データのステップ:0.125eV/ステップ 測定分解能 :上記の測定条件において、Ag 3d5/2の半値幅( FWHM)は0.75eV[Table 1] X-ray used: Monochromatic Al Kα ray X-ray acceleration voltage, current: 14 kV, 10.7 mA Electron extraction angle: 65 ° with respect to the sample surface Field of view of electromagnetic focusing lens: 0.8 mm diameter circle Transmission energy : 29.35 eV Measurement data step: 0.125 eV / step Measurement resolution: Under the above measurement conditions, the half width (FWHM) of Ag 3d5 / 2 is 0.75 eV.

【0041】全ての操作は精製窒素雰囲気下で行われ
た。夫々のサンプル/テスト電極は、サンプルホルダー
とMo−シートカバーの間に保持した。Mo−シートカ
バーは、直径5mmの窓を有していた。測定後、以下の
表2に示す操作を行った。
All operations were performed under a purified nitrogen atmosphere. Each sample / test electrode was held between the sample holder and the Mo-seat cover. The Mo-seat cover had a 5 mm diameter window. After the measurement, the operations shown in Table 2 below were performed.

【0042】[0042]

【表2】 バックグラウンドの削除:Shirley法を使用 C1sのエネルギー範囲:281.5〜296eV Li1sのエネルギー範囲:53〜62eV データの平滑化操作:無し エネルギーシフト :Li1sのピークトップが57eVとなる様に結合エネル ギースケールを補正[Table 2] Background removal: use of the Shirley method Energy range of C1s: 281.5 to 296 eV Energy range of Li1s: 53 to 62 eV Smoothing operation of data: none Energy shift: peak top of Li1s becomes 57 eV Compensated energy scale

【0043】夫々の電極を測定後、X線光電子分光曲線
を炭素とリチウムについて作成した。更に、充放電前の
炭素質電極、元々の不動態層およびバインダーの単独で
帰属している炭素質物質の同定のために、充放電サイク
ルを行っていない炭素質電極についても、X線光電子分
光測定を行った(図4参照)。また、充放電サイクルを
行うことにより形成された不動態層の相対厚み指数(対
炭素)を正確に算出するために、充放電サイクルを行っ
た炭素質電極について測定された、全ての炭素質物質の
1s準位におけるピーク面積の総和から、充放電サイク
ルを行っていない炭素質電極について測定された、全て
の炭素質物質の1s準位におけるピーク面積を差し引く
ことが必要である(図5を参照)。この”差し引くべ
き”炭素質物質のピーク面積とは、284.6eV付近
であり、以下の表3に示す条件で定義される。
After measuring each of the electrodes, an X-ray photoelectron spectroscopic curve was prepared for carbon and lithium. Furthermore, in order to identify the carbonaceous electrode before charge / discharge, the original passivation layer, and the carbonaceous substance belonging solely to the binder, the X-ray photoelectron spectroscopy was performed on the carbonaceous electrode not subjected to the charge / discharge cycle. The measurement was performed (see FIG. 4). In addition, in order to accurately calculate the relative thickness index (to carbon) of the passivation layer formed by performing the charge / discharge cycle, all the carbonaceous materials measured for the carbonaceous electrode subjected to the charge / discharge cycle were measured. It is necessary to subtract the peak areas of all the carbonaceous materials at the 1s level measured for the carbonaceous electrode not subjected to the charge / discharge cycle from the sum of the peak areas at the 1s level of (see FIG. 5). ). The peak area of the “subtracted” carbonaceous material is around 284.6 eV and is defined under the conditions shown in Table 3 below.

【0044】[0044]

【表3】 ピークの半値幅(FWHM):0.75eV ガウシアン/ローレンツィアン比:80/20 ピークの頂上 :284.6eV±0.2eV ピークの高さ :充放電サイクルを行った炭素質電極について測定 された、炭素1s準位のスペクトルの284.6 eVにおける強度を基に規格化[Table 3] Peak full width at half maximum (FWHM): 0.75 eV Gaussian / Lorenzian ratio: 80/20 Peak of peak: 284.6 eV ± 0.2 eV Normalized based on the measured intensity of the spectrum at the carbon 1s level at 284.6 eV.

【0045】不動態層の相対厚み指数は以下の式(I)
により算出した。
The relative thickness index of the passivation layer is given by the following formula (I)
Was calculated by

【0046】[0046]

【数5】 相対厚み指数=A[C1s(2)]/A[C1s(1)] (I)## EQU5 ## Relative thickness index = A [C1s (2)] / A [C1s (1)] (I)

【0047】式中、A[C1s(1)]は、X線光電子
分光法で測定された、ピークの頂上が284.4〜28
4.8eVに存在する炭素1s準位のピーク面積を表
し、A[C1s(2)]は、X線光電子分光法で測定さ
れた、全ての炭素1s準位のピーク面積を表す。
In the formula, A [C1s (1)] has a peak apex of 284.4 to 28 measured by X-ray photoelectron spectroscopy.
The peak area of the carbon 1s level present at 4.8 eV is represented, and A [C1s (2)] represents the peak area of all carbon 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy.

【0048】不動態層の相対リチウムイオン含有指数は
以下の式(II)により算出した。
The relative lithium ion content index of the passivation layer was calculated by the following equation (II).

【0049】[0049]

【数6】 相対リチウムイオン含有指数=A[Li1s]/A[C1s(2)] (II)(6) Relative lithium ion content index = A [Li1s] / A [C1s (2)] (II)

【0050】式中、A[Li1s]はX線光電子分光法
で測定された、全てのリチウム1s準位のピーク面積を
表す。
In the formula, A [Li1s] represents the peak area of all lithium 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy.

【0051】上記の計算および初期充放電効率の計算を
基に表4及び表5に示す結果を得た。
Based on the above calculations and the calculation of the initial charge / discharge efficiency, the results shown in Tables 4 and 5 were obtained.

【0052】[0052]

【表4】 [Table 4]

【0053】[0053]

【表5】 [Table 5]

【0054】表4及び表5から明らかな通り、本発明の
添加物を使用し、且つ、不動態層の相対厚み指数および
相対リチウムイオン含有指数が本発明の限定範囲内であ
るリチウムイオン電池(実施例1〜3)は、本発明の限
定範囲外の電池(比較例1及び2)と比較して、初期充
放電効率が実質的に高められることがわかる。
As is clear from Tables 4 and 5, a lithium ion battery using the additive of the present invention and having a relative thickness index and a relative lithium ion content index of the passivation layer within the limits of the present invention ( Examples 1 to 3) show that the initial charge / discharge efficiency is substantially increased as compared with the batteries (Comparative Examples 1 and 2) outside the limited range of the present invention.

【0055】上記の説明と図面は、本発明を単に説明お
よび図示するものであり、本発明は、これらに限定され
るものではない。本発明は、その要旨を超えない範囲に
おいて、種々の変更および修正が可能である。
The above description and drawings merely illustrate and illustrate the invention, but the invention is not limited thereto. Various changes and modifications of the present invention are possible without departing from the scope of the invention.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明によれば、電解質と組み合わせて
使用する溶媒の分解による電池内のガス発生を防止する
と共に、電池のサイクル時および保存時の添加物自体の
分解において実質的にガスを発生しない添加物を有する
リチウムイオン電池および電解プロセスが提供され、そ
の工業的価値は高い。
According to the present invention, gas generation in a battery due to decomposition of a solvent used in combination with an electrolyte is prevented, and gas is substantially removed during decomposition of the additive itself during cycling and storage of the battery. Lithium ion batteries and electrolysis processes with additives that do not occur are provided, and their industrial value is high.

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

【図1】本願発明の初期充電のリチウムイオン電池の概
略図
FIG. 1 is a schematic diagram of an initially charged lithium ion battery of the present invention.

【図2】最初の初期充電のリチウムイオン電池の概略図FIG. 2 is a schematic diagram of a lithium ion battery in a first initial charge.

【図3】本発明の電気化学的プロセスのフローチャートFIG. 3 is a flowchart of the electrochemical process of the present invention.

【図4】充放電サイクルを行っていない炭素質電極の典
型的なX線光電子分光測定スペクトル
FIG. 4 shows a typical X-ray photoelectron spectroscopy spectrum of a carbonaceous electrode without a charge / discharge cycle.

【図5】1回の充放電サイクルを行った炭素質電極の典
型的なX線光電子分光測定スペクトル
FIG. 5 shows a typical X-ray photoelectron spectroscopy spectrum of a carbonaceous electrode subjected to one charge / discharge cycle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:リチウムイオン電池 12:第1電極 14:第2電極 16:電解質 18:溶媒 22:添加物 24:炭素質表面 40:不動態層 10: Lithium ion battery 12: First electrode 14: Second electrode 16: Electrolyte 18: Solvent 22: Additive 24: Carbonaceous surface 40: Passive layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 和子 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社横浜総合研究所内 (72)発明者 高橋 英太郎 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社横浜総合研究所内 (72)発明者 岡原 賢二 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社横浜総合研究所内 Fターム(参考) 5H003 AA03 AA04 BA07 BB03 BC05 BD00 5H014 AA06 BB12 CC01 EE01 HH00 5H029 AJ04 AJ05 AJ07 AK06 AL12 AM01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM06 BJ03 CJ11 DJ08 EJ11 HJ00  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuko Otani 1000 Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Mitsubishi Chemical Research Institute (72) Inventor Eitaro Takahashi 1000 Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsubishi (72) Inventor Kenji Okahara 1000 Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Mitsubishi Chemical Corporation Yokohama Research Laboratory F-term (reference) 5H003 AA03 AA04 BA07 BB03 BC05 BD00 5H014 AA06 BB12 CC01 EE01 HH00 5H029 AJ04 AJ05 AJ07 AK06 AL12 AM01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM06 BJ03 CJ11 DJ08 EJ11 HJ00

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一方が炭素質電極である第1
電極および第2電極と、電解質と、上記炭素質電極の表
面に形成された不動態層とから成るリチウムイオン電池
であって、上記不動態層は、少なくとも、炭素、リチウ
ム、添加物および/または炭素質電極と当該添加物との
反応生成物を含み、しかも、1サイクル以上の充放電を
行った後の放電状態におけるX線光電子分光法で測定さ
れた炭素とリチウムに関係する、以下の式(I)で示さ
れる相対厚み指数が約10〜90であり、且つ、以下の
式(II)で示される相対リチウムイオン含有指数が約
0.1〜0.7であることを特徴とするリチウムイオン
電池。 【数1】 相対厚み指数=A[C1s(2)]/A[C1s(1)] (I) 相対リチウムイオン含有指数=A[Li1s]/A[C1s(2)] (II) (但しA[C1s(1)]は、X線光電子分光法で測定
された、ピークトップが284.4〜284.8eVに
存在する炭素1s準位のピーク面積を表し、A[C1s
(2)]は、X線光電子分光法で測定された、全ての炭
素1s準位のピーク面積を表し、A[Li1s]はX線
光電子分光法で測定された、全てのリチウム1s準位の
ピーク面積を表す。)
A first electrode, at least one of which is a carbonaceous electrode;
A lithium ion battery comprising an electrode and a second electrode, an electrolyte, and a passivation layer formed on a surface of the carbonaceous electrode, wherein the passivation layer includes at least carbon, lithium, an additive and / or The following equation, which contains the reaction product of the carbonaceous electrode and the additive and is related to carbon and lithium measured by X-ray photoelectron spectroscopy in a discharge state after one or more cycles of charge / discharge. Lithium having a relative thickness index represented by (I) of about 10 to 90 and a relative lithium ion content index of the following formula (II) of about 0.1 to 0.7. Ion battery. (1) Relative thickness index = A [C1s (2)] / A [C1s (1)] (I) Relative lithium ion content index = A [Li1s] / A [C1s (2)] (II) (where A [C1s (1)] represents the peak area of the carbon 1s level having a peak top at 284.4 to 284.8 eV, measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [C1s
(2)] represents the peak area of all carbon 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [Li1s] represents the peak area of all lithium 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy. Represents the peak area. )
【請求項2】 添加物または添加物の反応生成物の少な
くとも一つが、電解液内の構成物の分解または不動態層
内の添加物もしくは添加物の反応生成物の分解によるガ
スの発生を実質的に防止する請求項1に記載のリチウム
イオン電池。
2. The method according to claim 1, wherein the additive or at least one of the reaction products of the additive causes generation of gas due to decomposition of components in the electrolytic solution or decomposition of the additive or reaction product of the additive in the passive layer. The lithium ion battery according to claim 1, wherein the lithium ion battery is prevented.
【請求項3】 不動態層の相対厚み指数が約20〜80
である請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池。
3. The passivation layer has a relative thickness index of about 20-80.
The lithium ion battery according to claim 1, wherein
【請求項4】 不動態層の相対厚み指数が約30〜70
である請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池。
4. The method according to claim 1, wherein the relative thickness index of the passivation layer is about 30 to 70.
The lithium ion battery according to claim 1, wherein
【請求項5】 不動態層の相対リチウムイオン含有指数
が約0.15〜0.6である請求項1〜4の何れかに記
載のリチウムイオン電池。
5. The lithium ion battery according to claim 1, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.15 to 0.6.
【請求項6】 不動態層の相対リチウムイオン含有指数
が約0.2〜0.5である請求項1〜4の何れかに記載
のリチウムイオン電池。
6. The lithium ion battery according to claim 1, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.2 to 0.5.
【請求項7】 不動態層の相対厚み指数が約20〜80
であり、不動態層の相対リチウムイオン含有指数が約
0.15〜0.6である請求項1又は2に記載のリチウ
ムイオン電池。
7. The passivation layer having a relative thickness index of about 20-80.
The lithium ion battery according to claim 1, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.15 to 0.6.
【請求項8】 不動態層の相対厚み指数が約30〜70
であり、不動態層の相対リチウムイオン含有指数が約
0.2〜0.5である請求項1又は2に記載のリチウム
イオン電池。
8. The passive layer having a relative thickness index of about 30 to 70.
The lithium ion battery according to claim 1, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.2 to 0.5.
【請求項9】 少なくとも一方が炭素質電極である第1
電極および第2電極と、少なくとも一つの構成物を含有
する電解質と、電解質と炭素質電極を伴う電極の少なく
とも一つと結合(associate)する添加物とか
ら成るリチウムイオン電池における電気化学的プロセス
であって、次の(a)〜(b)の条件を満足することを
特徴とする電気化学的プロセス。 (a)リチウムイオン電池を充電する工程と、炭素質電
極表面と添加物の間の化学反応により炭素質電極表面に
不動態層を形成する工程とを含み、(b)上記不動態層
は、少なくとも、炭素、リチウム、添加物および/また
は炭素質電極と当該添加物との反応生成物を含み、
(c)上記不動態層において、少なくとも1サイクル以
上の充放電を行った後の放電状態におけるX線光電子分
光法で測定された炭素とリチウムとに関係する、以下の
式(I)で示される相対厚み指数が約10〜90であ
り、且つ、以下の式(II)で示される相対リチウムイオ
ン含有指数が約0.1〜0.7である。 【数2】 相対厚み指数=A[C1s(2)]/A[C1s(1)] (I) 相対リチウムイオン含有指数=A[Li1s]/A[C1s(2)] (II) (但しA[C1s(1)]は、X線光電子分光法で測定
された、ピークの頂上が284.4〜284.8eVに
存在する炭素1s準位のピーク面積を表し、A[C1s
(2)]は、X線光電子分光法で測定された、全ての炭
素1s準位のピーク面積を表し、A[Li1s]はX線
光電子分光法で測定された、全てのリチウム1s準位の
ピーク面積を表す。)
9. A method according to claim 1, wherein at least one of the first electrodes is a carbonaceous electrode.
An electrochemical process in a lithium ion battery comprising an electrode and a second electrode, an electrolyte containing at least one component, and an additive that associates with the electrolyte and at least one of the electrodes with a carbonaceous electrode. And (b) satisfying the following conditions (a) and (b). (A) charging a lithium ion battery, and forming a passivation layer on the carbonaceous electrode surface by a chemical reaction between the carbonaceous electrode surface and an additive, and (b) the passivation layer comprises: At least carbon, lithium, an additive and / or a reaction product of the additive with the carbonaceous electrode,
(C) The passivation layer is represented by the following formula (I) related to carbon and lithium measured by X-ray photoelectron spectroscopy in a discharge state after at least one cycle of charge / discharge. The relative thickness index is about 10 to 90, and the relative lithium ion content index represented by the following formula (II) is about 0.1 to 0.7. Relative thickness index = A [C1s (2)] / A [C1s (1)] (I) Relative lithium ion content index = A [Li1s] / A [C1s (2)] (II) (where A [C1s (1)] represents the peak area of the carbon 1s level where the peak is present at 284.4 to 284.8 eV as measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [C1s
(2)] represents the peak area of all carbon 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and A [Li1s] represents the peak area of all lithium 1s levels measured by X-ray photoelectron spectroscopy. Represents the peak area. )
【請求項10】 請求項9に記載のプロセスが、更に、
電解質内構成物の分解による電池内のガス発生を実質的
に防止するため、一つ以上の電解質構成物の不動態層を
通じた浸透を防止する工程と、充放電サイクル及び貯蔵
中に分解によるガスの発生が実質的に起こらない様に、
不動態層内の一つ以上の添加物または添加物との反応生
成物を分解させる工程を含む請求項9に記載の電気化学
的プロセス。
10. The process of claim 9, further comprising:
Preventing the permeation of one or more electrolyte components through the passivation layer to substantially prevent gas generation in the battery due to decomposition of the components in the electrolyte; So that the occurrence of
10. The electrochemical process according to claim 9, comprising the step of decomposing one or more additives or reaction products with the additives in the passivation layer.
【請求項11】 不動態層の相対厚み指数が約20〜8
0である請求項9又は10に記載の電気化学的プロセ
ス。
11. The relative thickness index of the passivation layer is about 20-8.
The electrochemical process according to claim 9 or 10, wherein the value is 0.
【請求項12】 不動態層の相対厚み指数が約30〜7
0である請求項9又は10に記載の電気化学的プロセ
ス。
12. The passivation layer having a relative thickness index of about 30-7.
The electrochemical process according to claim 9 or 10, wherein the value is 0.
【請求項13】 不動態層の相対リチウムイオン含有指
数が約0.15〜0.6である請求項9〜12の何れか
に記載の電気化学的プロセス。
13. The electrochemical process according to claim 9, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.15 to 0.6.
【請求項14】 不動態層の相対リチウムイオン含有指
数が約0.2〜0.5である請求項9〜12の何れかに
記載の電気化学的プロセス。
14. The electrochemical process according to claim 9, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.2 to 0.5.
【請求項15】 不動態層の相対厚み指数が約20〜8
0であり、不動態層の相対リチウムイオン含有指数が約
0.15〜0.6である請求項9〜14の何れかに記載
の電気化学的プロセス。
15. The passive layer having a relative thickness index of about 20-8.
15. The electrochemical process according to any of claims 9 to 14, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.15 to 0.6.
【請求項16】 不動態層の相対厚み指数が約30〜7
0であり、不動態層の相対リチウムイオン含有指数が約
0.2〜0.5である請求項9〜14の何れかに記載の
電気化学的プロセス。
16. The passivation layer having a relative thickness index of about 30-7.
15. The electrochemical process according to any of claims 9 to 14, wherein the passivation layer has a relative lithium ion content index of about 0.2 to 0.5.
JP10250874A 1998-08-20 1998-09-04 Lithium ion battery having adjusted electrode interface and electrochemical process Pending JP2000067924A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/136,986 US6030719A (en) 1997-03-06 1998-08-20 Lithium ion electrolytic cell having a controlled electrode surface interface
US09/136986 1998-08-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000067924A true JP2000067924A (en) 2000-03-03

Family

ID=22475322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10250874A Pending JP2000067924A (en) 1998-08-20 1998-09-04 Lithium ion battery having adjusted electrode interface and electrochemical process

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000067924A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015088482A (en) * 2013-09-26 2015-05-07 株式会社半導体エネルギー研究所 Power storage device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015088482A (en) * 2013-09-26 2015-05-07 株式会社半導体エネルギー研究所 Power storage device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ota et al. Analysis of vinylene carbonate derived SEI layers on graphite anode
Kanamura et al. Morphology and chemical compositions of surface films of lithium deposited on a Ni substrate in nonaqueous electrolytes
Birrozzi et al. Beneficial effect of propane sultone and tris (trimethylsilyl) borate as electrolyte additives on the cycling stability of the lithium rich nickel manganese cobalt (NMC) oxide
CN1650466A (en) Electrochemical cell for a lithium ion battery with improved high-temperature stability
Azcarate et al. Assessing the oxidation behavior of EC: DMC based electrolyte on non-catalytically active surface
CN103109403B (en) Active material of positive electrode, the non-aqueous lithium secondary cell comprising this active material of positive electrode and preparation method thereof
CN105651723A (en) In-situ transmission infrared electrolytic cell for gas detection of lithium ion battery and experimental method of electrolytic cell
Leanza et al. Solving the puzzle of Li 4 Ti 5 O 12 surface reactivity in aprotic electrolytes in Li-ion batteries by nanoscale XPEEM spectromicroscopy
JP5544342B2 (en) Lithium ion secondary battery
Lee et al. Solid permeable interface (spi) on a high-voltage positive electrode of lithium-ion batteries
JP2007052935A (en) Nonaqueous electrolyte battery
Park et al. Diphenyl diselenide as SEI-forming additive for a high-voltage LiCoO2/graphite battery
CN112106238A (en) Positive electrode active material, positive electrode, nonaqueous electrolyte storage element, method for producing positive electrode active material, and method for producing nonaqueous electrolyte storage element
JP3577933B2 (en) Battery with prepared electrode interface
JPH07302588A (en) Negative electrode for lithium secondary battery and its manufacture
CN114388811A (en) Electrochemical device and electronic device
EP1280220B1 (en) Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery
Peebles et al. Investigation of glutaric anhydride as an electrolyte additive for graphite/LiNi0. 5Mn0. 3Co0. 2O2 full cells
CN114026729A (en) Lithium battery and use of urea-based additives as electrolyte additives therein
JP2000067924A (en) Lithium ion battery having adjusted electrode interface and electrochemical process
US6077627A (en) Polymer electrolyte and method for preparing same
JP7520881B2 (en) Method for forming a Li-ion battery cell
JP2015037054A (en) Lithium ion secondary battery
US6030719A (en) Lithium ion electrolytic cell having a controlled electrode surface interface
JP4067061B2 (en) Non-aqueous secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040628

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071016

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071217

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080311