JP2006143572A - ジフルオロリン酸塩の製造方法、二次電池用非水系電解液及び非水系電解液二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭酸塩及び/又はホウ酸塩よりなる原料塩を、P及びFと、さらに場合によって含有されるOとで構成される原料気体と接触させて反応させるジフルオロリン酸塩の製造方法。原料塩としては、炭酸リチウムが好ましく、原料気体としては、LiPF6を分解して得られるものが好ましく、特にLiPF6を炭酸リチウムと混合して反応させることが好ましい。この反応生成物を含む非水系電解液、この非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池。
Description
しかしながら、特許文献3には、ジフルオロリン酸リチウムとモノフルオロリン酸リチウムの混合塩を添加した場合は、ジフルオロリン酸ナトリウムを添加した場合より、電池特性が劣ることが記載されている。このように、ジフルオロリン酸の如何なる塩が好適であるか等、その効果や使用条件の詳細は必ずしも明確になっていなかった。
本発明はこれらの知見に基づいて成し遂げられたものである。
特に、ジフルオロリン酸塩は、二次電池用非水系電解液の添加剤としての用途に極めて有用であり、本発明により製造されたジフルオロリン酸を用いて、優れた性能の非水系電解液及び二次電池を容易に製造することが可能となる。
[1]ジフルオロリン酸塩の製造方法及びジフルオロリン酸塩組成物
まず、本発明のジフルオロリン酸塩の製造方法(以下、適宜「本発明の製造方法」と略称する。)及びジフルオロリン酸塩組成物について説明する。
PF5+2Li2CO3→LiPO2F2+3LiF+2CO2
原料塩の炭酸塩、ホウ酸塩としては、後述する原料気体と反応性を有するものであれば良く、特に制限はないが、通常、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及び、NR1R2R3R4(但し、R1〜R4は、互いに同一でも異なっていても良い、炭素数1〜12の有機基又は水素原子を表す。)の塩よりなる群から選ばれるものが用いられる。
これらのうち中でも、反応性の観点から、リチウム塩が好ましい。
また、酸性不純物の混入を避けたい場合には、原料塩としては無水塩を使用するのが好ましい。
P及びFと、さらに場合によって含有されるOとで構成される原料気体としては、炭酸塩、ホウ酸塩と反応性を有するものであればいずれも有効に利用できるが、反応性の強さや、生成物中の不純物混入を避けるために、PとF、或いはP、F及びOの元素のみで構成されるものが好ましい。原料気体中のP、F、Oの元素比には特に制限はないが、ジフルオロリン酸の元素比がP:F=1:2であることから、原料気体中のPとFとの元素比はP:F=1:2〜5の範囲であることが好ましく、また、ジフルオロリン酸の元素比がP:O=1:2であることから、原料気体中のOの割合はP:Oの元素比でPが1に対してOが0〜2であることが好ましい。
原料塩と原料気体との仕込比率は任意に決定することが可能であるが、ジフルオロリン酸塩を形成するのに必要な理論量から計算し、製造方法に応じて決定するのが好ましい。ただし、原料気体を理論量よりも過剰に用いる場合、装置内の圧力や未反応気体の回収等の問題があるため、理論量の20倍以下、中でも10倍以下が好ましい。また、固体である原料塩を理論量よりも過剰に用いる場合、目的生成物も固体であることから、後の分離、回収等の問題があるため、理論量の5倍以下、中でも3倍以下が好ましい。
原料塩と原料気体とを接触させて反応させる方法としては特に制限はないが、効率的な反応を行うためには、常温以上であることが好ましく、200℃以下であることが好ましい。反応系を加熱する場合、固体原料である原料塩を仕込んだ反応槽に、原料気体を充填した後、加熱を行っても良く、固体原料の原料塩を仕込んだ反応槽を加熱後、原料気体を充填又は流通しても良い。また、加熱した反応槽内に原料気体を流通させながら固体の原料塩を供給しても良い。また、一旦固体の原料塩を仕込んだ反応槽に、原料気体を充填した後、所定時間加熱し、冷却して気体を減圧又は不活性ガスにより除去し、その後再度原料気体を充填して加熱する操作を繰り返しても良い。
溶媒中に気体を導入する方法に関して特に制限はないが、反応槽中で、液面に原料気体が接触するようにする方法、液中に直接気体を導入し、バブリングさせる方法などがある。いずれの場合でも、固体の原料塩と溶媒とを攪拌させながら実施するのが好ましい。
このような本発明の製造方法で得られるジフルオロリン酸塩は、好ましくは、次の(1),(2)の組成(総重量から金属元素重量を除いた重量(以下「非金属成分重量」と称す場合がある。)のうちの、各成分の含有量(重量%))、より好ましくは更に次の(3),(4)の組成を満たすジフルオロリン酸塩組成物である。また、さらに好ましくはモノフルオロリン酸塩を含まないジフルオロリン酸塩組成物である。
(2) PO3F成分含有量、PO4成分含有量は、非金属成分重量のそれぞれ1重量%以下
(3) PF6成分含有量は、非金属成分重量の0重量%以上70重量%以下
(4) F成分含有量は、非金属成分重量の10重量%以上40重量%以下(PO2F2成分含有量1に対してF成分含有量0.15〜0.85(重量比))、特に、原料塩としてホウ酸塩を用いた場合、BF4成分含有量は、非金属成分重量の15重量%以上60重量%以下(PO2F2成分含有量1に対してBF4成分含有量0.3〜2(重量比))
このような組成のジフルオロリン酸塩組成物は、本発明の製造方法により始めて提供されたものであり、本発明に特有なものである。
以下に本発明の二次電池用非水系電解液について説明する。
本発明の二次電池用非水系電解液の非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル類、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等の鎖状エーテル類、スルフォラン、ジエチルスルホン等の含硫黄有機溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は1種を単独で用いても良く、2種類以上を混合して用いても良い。
(1) エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びジエチルカーボネート(DEC)の組み合わせ
(2) エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の組み合わせ
(3) エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びジエチルカーボネート(DEC)の組み合わせ
また、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びジエチルカーボネート(DEC)の4種の溶媒を全て含んだ非水溶媒も好ましい。
本発明の二次電池用非水系電解液は、電解質リチウム塩として特にヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を使用する際に有用なものであるが、ヘキサフルオロリン酸リチウムとその他のリチウム塩を混合して使用することも可能である。この場合、その他のリチウム塩は特に限定されるものではないが、通常、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6からなる無機リチウム塩、並びに、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)及びLiC(CF3SO2)3からなる有機リチウム塩から選ばれるものが使用できる。特にLiClO4、LiBF4から選ばれるものが好ましい。
本発明の二次電池用非水系電解液に含まれるジフルオロリン酸塩は、本発明のジフルオロリン酸塩の製造方法で製造されるジフルオロリン酸塩、即ち、本発明のジフルオロリン酸塩の製造方法で用いられる原料塩由来のものと同種のものであり、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及び、NR1R2R3R4(但し、R1〜R4は、互いに同一でも異なっていても良い、炭素数1〜12の有機基又は水素原子を表す。)の塩から選ばれるものが好ましい。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
本発明の非水系電解液においては、更に、任意の添加剤を適切な任意の量で使用することができる。
このような添加剤としては、例えばシクロヘキシルベンゼン、ビフェニル等の過充電防止剤;ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、コハク酸無水物等の負極被膜形成剤;亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、亜硫酸ジメチル、プロパンスルトン、ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、トルエンスルホン酸メチル、硫酸ジメチル、硫酸エチレン、スルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジフェニルスルフィド、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド、ジピリジニウムジスルフィド等の正極保護剤;等が挙げられる。
次に本発明の二次電池用非水系電解液を用いた本発明の非水系電解液二次電池について説明する。
本発明の非水系電解液二次電池は、上述の本発明の二次電池用非水系電解液と、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極と、正極とを備える。
これら黒鉛材料は、灰分の含有量が1重量%以下、より好ましくは0.5重量%以下、最も好ましくは0.1重量%以下で、かつ学振法によるX線回折で求めた結晶子サイズ(Lc)が30nm以上であることが好ましい。
更に結晶子サイズ(Lc)は、50nm以上の方がより好ましく、100nm以上であるものが最も好ましい。
黒鉛材料のBET法比表面積は、0.5m2/g〜25.0m2/gであり、好ましくは0.7m2/g〜20.0m2/g、より好ましくは1.0m2/g〜15.0m2/g、更に好ましくは1.5m2/g〜10.0m2/gである。
また、アルゴンイオンレーザー光を用いたラマンスペクトル分析において、1580〜1620cm−1の範囲のピークPA(ピーク強度IA)及び1350〜1370cm−1の範囲のピークPB(ピーク強度IB)の強度比R=IB/IAが0〜0.5、1580〜1620cm−1の範囲のピークの半値幅が26cm−1以下、1580〜1620cm−1の範囲のピークの半値幅は25cm−1以下がより好ましい。
黒鉛質と非晶質を複合する方法としては、非晶質を得るための炭素前駆体をそのまま用いて炭素前駆体と黒鉛質粉体との混合物を加熱処理し、その後粉砕処理して複合粉体を得る方法;前述の非晶質粉体を予め作成しておき、黒鉛質粉体と混合し、加熱処理して複合化する方法;前述の非晶質粉体を予め作成しておき、黒鉛質粉体と非晶質粉体と炭素前駆体とを混合し、加熱処理して複合化する方法;などが採用可能である。
なお、後二者の予め非晶質粉体を用意しておく方法では、平均粒子径が黒鉛質粒子の平均粒径の10分の1以下の非晶質粒子を用いることが好ましい。
第1工程:黒鉛質粒子あるいは黒鉛質粒子と非晶質粒子の混合粉体と炭素前駆体と、更に必要に応じて溶媒とを種々の市販の混合機や混練機等を用いて混合し、混合物を得る。
第2工程:必要に応じ前記混合物を攪拌しながら加熱し、溶媒を除去した中間物質を得る。
第3工程:前記混合物又は中間物質を、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で700℃以上2800℃以下に加熱し、黒鉛非晶質複合物質を得る。
第4工程:前記複合物質を必要に応じて粉砕、解砕、分級処理など粉体加工する。
また、電池を組み立てる方法も特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。
本発明の二次電池は、以下の電池構成の条件から選ばれる少なくとも一つの条件を満たすものが好ましく、さらに全ての条件を満たすものが特に好ましい。
前述したような正極に関して、本発明の効果、特に出力特性を高める観点から、正極活物質層の面積は、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、二次電池の外装の表面積に対する前記正極の電極面積の総和が面積比で20倍以上とすることが好ましく、更に40倍以上とすることがより好ましい。これらの措置は高温時の安定性を高める観点からも好ましい。外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極面積の総和とは、負極活物質を含む合材層に対向する正極合材層の幾何表面積であり、集電体箔を介して両面に正極合材層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。
電極群が前述の積層構造では、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。
電極群が前述の捲回構造では、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。
以下の方法で本発明に従ってジフルオロリン酸塩を製造した。
Ar雰囲気ドライボックス中で、LiPF6(平均粒径150μm)303.8mg(0.002mol)を第1のPFA容器に入れ、さらにこの第1のPFA容器内に、Li2CO3(平均粒径12μm)147.8mg(0.002mol)を入れた第1のPFA容器よりも若干小さい第2のPFA容器(上部開放)を納める。この状態では、LiPF6とLi2CO3は互いに直接接触しないが、第2のPFA容器の上部が開放されているため、気体は両者の間を自由に行き来できる。この状態で第1の容器を密閉し、60℃環境下にて168時間保持した(初期圧力0.1MPa)。
その後、室温まで冷却し、第2の容器の内容物の成分をイオンクロマトグラフ法により測定したところ、PO2F2アニオン(ジフルオロリン酸アニオン)0.00085molが検出された(収率85%)。
PO2F2:56.3%
F:32.1%
PF6:0.5%
CO3:10.5%
PO3F:0.3%
PO4:0.3%
実施例1において、第2の容器にLi2CO3の代わりにLiBO2(メタホウ酸リチウム)(平均粒径30μm)を入れたこと以外は実施例1と同様にして実験を行ったところ、第2の容器の内容物にはPO2F2アニオン(ジフルオロリン酸アニオン)0.00026molが検出された(収率13%)。
実施例1において、第2の容器にLi2CO3の代わりにK2CO3(炭酸カリウム)(平均粒径25μm)を入れたこと以外は実施例1と同様にして実験を行ったところ、第2の容器の内容物にはPO2F2アニオン(ジフルオロリン酸アニオン)0.00003molが検出された(収率1.5%)。
Ar雰囲気ドライボックス中で、LiPF6(平均粒径150μm)18.23g(0.12mol)とLi2CO3(平均粒径12μm)14.78g(0.2mol)をステンレス製容器に入れ、混合した。この状態でこの容器を密閉し、60℃環境下にて168時間保持した(初期圧力0.1MPa)。
その後、室温まで冷却し、容器の内容物(反応生成物)の成分をイオンクロマトグラフ法により測定したところ、PO2F2アニオン(ジフルオロリン酸アニオン)0.099molが検出された(収率99%)。
PO2F2:48.5%
F:36.5%
PF6:13.6%
CO3:0.9%
PO3F:0.3%
PO4:0.2%
下記の方法で非水系電解液及び非水系電解液二次電池を作製し、評価を行った。
[正極の作製]
正極活物質としてのニッケル酸リチウム(LiNiO2)90重量%と、導電材としてのアセチレンブラック5重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で混合して、スラリー化した後、正極電極体としての厚さ20μmのアルミ箔の両面に塗布して乾燥し、プレス機で厚さ80μmに圧延したものを幅52mm、長さ830mmに切り出し、正極とした。ただし、表裏とも長さ方向に50mmの無塗工部を設けてあり、活物質層の長さは780mmである。
X線回折における格子面(002面)のd値が0.336nm、晶子サイズ(Lc)が100nm以上(264nm)、灰分が0.04重量%、レーザー回折・散乱法によるメジアン径が17μm、BET法比表面積が8.9m2/g、アルゴンイオンレーザー光を用いたラマンスペクトル分析において1580〜1620cm−1の範囲のピークPA(ピーク強度IA)及び1350〜1370cm−1の範囲のピークPB(ピーク強度IB)の強度比R=IB/IAが0.15、1580〜1620cm−1の範囲のピークの半値幅が22.2cm−1である人造黒鉛粉末KS−44(ティムカル社製、商品名)98重量部に、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1重量%)100重量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50重量%)2重量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化したものを、負極集電体である厚さ18μmの銅箔上の両面に均一に塗布し、乾燥後、さらにプレス機で85μmに圧延したものを、幅56mm、長さ850mmに切り出し、負極とした。ただし、表裏とも長さ方向に30mmの無塗工部を設けてあり、活物質層の長さは820mmである。
乾燥アルゴン雰囲気下で精製したエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びジエチルカーボネート(DEC)の体積比3:3:4の混合溶媒に、1mol/Lの濃度で、充分に乾燥したヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を溶解させた。さらにこの混合溶液1kgに対し、実施例4で得られた反応生成物12.15gを溶解させ、濾過を実施して非水系電解液とした。
この非水系電解液のフッ化物塩の濃度は0.02mol/kg、炭酸リチウムは検出されず、ジフルオロリン酸塩(ジフルオロリン酸リチウム)の濃度は0.051mol/kgである。
上記の正極と負極とを、多孔製ポリエチレンシートのセパレータを介して積層して捲回したものを電極群とし、電池缶に封入した。その後、電極群を装填した電池缶に上記電解液を5mL注入して、電極に充分浸透させ、かしめ成形を行って18650型円筒電池を作製した。
実際の充放電サイクルを経ていない新たな電池に対して、25℃で5サイクル初期充放電を行った。この時の5サイクル目0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)放電容量を初期容量とした。
その後、リチウム二次電池の実使用上限温度と目される60℃の高温環境下にてサイクル試験を行った。充電上限電圧4.1Vまで2Cの定電流定電圧法で充電した後、放電終止電圧3.0Vまで2Cの定電流で放電する充放電サイクルを1サイクルとし、このサイクルを500サイクルまで繰り返した。
サイクル試験終了後の電池に対し、25℃環境下で3サイクルの充放電を行い、その3サイクル目の0.2C放電容量を耐久後容量とした。初期容量と耐久後容量をそれぞれ表1に示した。
実施例5において、電解液調製の際、実施例4で得られた反応生成物を混合しなかったこと以外は実施例5と同様に電池を作製し、同様に評価を行って、その結果を表1に示した。
上記人造黒鉛粉末KS−44(ティムカル社製、商品名)を2kgと石油系ピッチ1kgとを混合し、得られたスラリー状の混合物を回分式加熱炉で不活性雰囲気下にて1100℃まで2時間で昇温、同温度で2時間保持した。これを粉砕し、振動式篩により粒径を18〜22μmに整え、最終的に7重量%の非晶質炭素で黒鉛表面を被覆した非晶質被覆黒鉛系炭素物質を得た。
この非晶質被覆黒鉛系炭素物質を負極活物質として、非晶質被覆黒鉛系炭素物質98重量部に、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1重量%)100重量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50重量%)2重量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。このスラリーを厚さ18μmの銅箔上の両面に均一に塗布、乾燥した後、プレス機で圧延した。これを幅54mm、長さ880mmの方形に切り抜き、負極とした。
実施例5において、負極をこのようにして作製した負極を用いたこと以外は実施例5と同様に電池を作製し、同様に評価を行って、その結果を表1に示した。
比較例1において、負極を実施例6で製造した負極としたこと以外は比較例1と同様に電池を作製し、同様に評価を行って、その結果を表1に示した。
[正極の作製]
正極活物質としてのニッケル酸リチウム(LiNiO2)90重量%と、導電材としてのアセチレンブラック5重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で混合して、スラリー化した後、正極集電体である厚さ20μmのアルミ箔の片面に塗布して乾燥し、プレス機で厚さ80μmに圧延したものをポンチで直径12.5mmに打ち抜き、正極とした。
上記人造黒鉛粉末KS−44(ティムカル社製、商品名)98重量部に、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1重量%)100重量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50重量%)2重量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化したものを、負極集電体である厚さ18μmの銅箔上の片面に均一に塗布し、乾燥後、さらにプレス機で85μmに圧延したものをポンチで直径12.5mmに打ち抜き、負極とした。
乾燥アルゴン雰囲気下で精製したエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びジエチルカーボネート(DEC)の体積比2:4:4の混合溶媒に、1mol/Lの濃度で、充分に乾燥したヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を溶解させ、更にこの混合溶液1kgに対して実施例4で得られた反応生成物を6.07gとなる割合で混合し、濾過して非水電解液とした。この電解液について、イオンクロマトグラフ法により測定したPO2F2アニオンの測定量は0.025mol/kgであった。
正極と負極は、電池缶内で直径14mmの多孔製ポリエチレンシートのセパレータをはさんで積層し、上記電解液を滴下した後、かしめ成形を行って2032型コイン電池を作製した。
実際の充放電サイクルを経ていない新たな電池に対して、25℃で3サイクル(3.0−4.1V)初期充放電を行った。この時の3サイクル目0.2C放電容量を正極活物質あたりに換算し、常温容量とした。
その後、−30℃の低温環境下にて放電試験を行った。事前に25℃の環境下で充電上限電圧4.1Vまで定電流定電圧法で充電したコイン電池を低温環境下で0.2Cの速度で放電し、その時の放電容量を正極活物質あたりに換算して、低温放電容量とした。これらの結果を表2に示した。
実施例7において、電解液調製の際、非水溶媒としてエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の体積比2:4:4の混合溶媒を使用したこと以外は実施例7と同様に電池を作製し、同様に評価を行ない、結果を表2に示した。なお、この電解液について、イオンクロマトグラフ法により測定したPO2F2アニオンの測定量は0.025mol/kgであった。
実施例7において、実施例4で得られた反応生成物を混合せずに電解液を調製したこと以外は実施例7と同様に電池を作製し、同様に評価を行い、その結果を表2に示した。なお、この電解液は、PO2F2アニオンは測定されなかった。
実施例8において、実施例4で得られた反応生成物を混合せずに電解液を調製したこと以外は実施例8と同様に電池を作製し、同様に評価を行い、その結果を表2に示した。なお、この電解液は、PO2F2アニオンは測定されなかった。
実施例7において、電解液調製の際、非水溶媒としてエチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)の体積比2:8の混合溶媒を使用したこと以外は実施例7と同様に電池を作製し、同様に評価を行い、その結果を表2に示した。なお、この電解液について、イオンクロマトグラフ法により測定したPO2F2アニオンの測定量は0.025mol/kgであった。
実施例9において、実施例4で得られた反応生成物を混合せずに電解液を調製したこと以外は実施例9と同様に電池を作成し、同様に評価を行い、その結果を表2に示した。なお、この電解液は、PO2F2アニオンは測定されなかった。
[正極の作製]
正極活物質としてのニッケル酸リチウム(LiNiO2)90重量%と、導電材としてのアセチレンブラック5重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で混合して、スラリー化した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミ箔の両面に塗布して乾燥し、プレス機で厚さ80μmに圧延したものを、活物質層のサイズとして幅100mm、長さ100mmおよび幅30mmの未塗工部を有する形状に切り出し、正極とした。
人造黒鉛粉末KS−44(ティムカル社製、商品名)98重量部に、増粘剤、バインダーとしてそれぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1重量%)100重量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50重量%)2重量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ10μmの銅箔の両面に塗布して乾燥し、プレス機で75μmに圧延したものを、活物質層のサイズとして幅104mm、長さ104mmおよび幅30mmの未塗工部を有する形状に切り出し、負極とした。
実施例5と同様にして作製した。
正極32枚と負極33枚は交互となるように配置し、各電極の間に多孔製ポリエチレンシートのセパレータ(厚さ25μm)が挟まれるよう積層した。この際、正極活物質面が負極活物質面内から外れないよう対面させた。この正極と負極それぞれについての未塗工部同士を溶接して集電タブを作製し、電極群としたものを電池缶(外寸:120×110×10mm)に封入した。その後、電極群を装填した電池缶に電解液を20mL注入して、電極に充分浸透させ、密閉し電池を作製した。
実際の充放電サイクルを経ていない新たな電池に対して、25℃で5サイクル初期充放電を行った。この時の5サイクル目0.2C放電容量を初期容量とした。
25℃環境下で、0.2Cの定電流により150分間充電を行い、各々0.1C、0.3C、1.0C、3.0C、10.0Cで10秒間放電させ、その10秒目の電圧を測定した。電流−電圧直線と下限電圧(3V)とで囲まれる3角形の面積を出力(W)とした。これらの結果を表3に記載した。
実施例10において、電解液調製の際、比較例1と同様の電解液を調製したこと以外は実施例10と同様に電池を作製し、同様に評価を行い、その結果を表3に示した。
実施例10において、評価に供する電池を実施例5と同様のものとして同様に評価を行い、その結果を表3に示した。
実施例10において、評価に供する電池を比較例1と同様のものとして同様に評価を行い、その結果を表3に示した。
Claims (13)
- 炭酸塩及び/又はホウ酸塩よりなる原料塩を、P及びFと、さらに場合によって含有されるOとで構成される原料気体と接触させて反応させることを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 請求項1において、前記原料気体がPF5及び/又はPOF3であることを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 請求項1又は2において、前記原料塩が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及び、NR1R2R3R4(但し、R1〜R4は、互いに同一でも異なっていても良い、炭素数1〜12の有機基又は水素原子を表す。)の塩よりなる群から選ばれるものであることを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記原料気体が、LiPF6を分解して得られるものであることを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記原料塩と原料気体との接触が溶媒中で行われることを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 請求項4において、LiPF6を前記原料塩と混合して反応させることを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 請求項1ないし6のいずれか1項において、前記原料塩が炭酸リチウムであることを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 炭酸塩及び/又はホウ酸塩よりなる原料塩をLiPF6と混合して加熱することを特徴とするジフルオロリン酸塩の製造方法。
- 総重量から金属元素重量を除いた重量のうち、PO2F2成分の含有量が20重量%以上65重量%以下、且つPO3F成分及びPO4成分の含有量がそれぞれ1重量%以下であることを特徴とするジフルオロリン酸塩組成物。
- 非水溶媒中に、電解質リチウム塩として少なくともヘキサフルオロリン酸塩を含み、更にジフルオロリン酸塩を含有してなる二次電池用非水系電解液であって、該ジフルオロリン酸塩の少なくとも一部が、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法で製造されたジフルオロリン酸塩、及び/又は請求項9に記載のジフルオロリン酸塩組成物であることを特徴とする二次電池用非水系電解液。
- 請求項10において、非水系電解液中のジフルオロリン酸塩の濃度が1×10−2mol/kg以上、0.5mol/kg以下であることを特徴とする二次電池用非水系電解液。
- 請求項10又は11において、前記非水溶媒が、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、及びエチルメチルカーボネートよりなる群から選ばれるものを含有することを特徴とする二次電池用非水系電解液。
- 非水系電解液と、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極と、正極とを備えた非水系電解液二次電池において、該非水系電解液が請求項10ないし12のいずれか1項に記載の二次電池用非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液二次電池。
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