JP2008108454A - Nonaqueous electrolyte, and nonaqueous electrolyte battery including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低粘度・高電気伝導率、かつ高引火点を有する非水電解液を用いる非水電解液電池におけるサイクル特性および安全性の向上、さらに非水電解液の含浸性の向上を目的とした、非水電解液電池に用いるための非水電解液の改良に関する。 The present invention aims to improve cycle characteristics and safety in a non-aqueous electrolyte battery using a non-aqueous electrolyte having a low viscosity, a high electrical conductivity, and a high flash point, and to improve the impregnation property of the non-aqueous electrolyte. The present invention relates to an improvement of a non-aqueous electrolyte for use in a non-aqueous electrolyte battery.
近年、携帯電話やノート型PCなどの携帯情報端末の小型軽量化が急速に進み、その駆動用電源の軽量化、高出力化の研究開発が盛んに行われている。この中でも、リチウム化合物を活物質とする非水電解液電池は、軽量、高電圧、高エネルギー密度等の特徴を持ち、携帯情報端末の電源として幅広く実用化されている。 In recent years, portable information terminals such as mobile phones and notebook PCs have been rapidly reduced in size and weight, and research and development for reducing the power and driving power of the driving power source has been actively conducted. Among these, non-aqueous electrolyte batteries using a lithium compound as an active material have features such as light weight, high voltage, and high energy density, and are widely put into practical use as power sources for portable information terminals.
このような非水電解液電池の非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)などの環状炭酸エステル系の有機溶媒が多く用いられる。これらの溶媒は、高誘電率溶媒であるために支持電解質であるリチウム塩を溶解でき、また広い電位窓を持つために非水電解液電池特有の高電位でも安定であるという利点があるが、溶液の粘度が高く、効率的なイオンの移送が妨げられるという問題がある。そのため、通常はジメチルカーボネート(DMC)などの低粘度の鎖状炭酸エステルを混合させて用いることが多い。 In such a nonaqueous electrolyte battery, a cyclic carbonate organic solvent such as ethylene carbonate (EC) or propylene carbonate (PC) is often used. Since these solvents are high dielectric constant solvents, they can dissolve the lithium salt that is the supporting electrolyte, and because they have a wide potential window, they have the advantage of being stable even at the high potential peculiar to nonaqueous electrolyte batteries. There exists a problem that the viscosity of a solution is high and the efficient ion transfer is prevented. For this reason, usually, low-viscosity chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC) are often mixed and used.
しかし、炭酸エステル類だけでは溶媒の選択の幅が狭いために非水電解液の物性を変化させることが難しい。例えば、電極活物質を厚く塗りエネルギー密度を向上させた非水電解液電池では、炭酸エステル類だけでは非水電解液の粘度が高く、活物質への非水電解液の含浸性が不十分になる。また、炭酸エステル類は融点が高く低温で固化するものがあるため、低温特性の改良にはなお問題が残されている。また、炭酸エステル混合物だけではイオン移送をさらに効果的に行うための高い電気伝導率を得ることが困難である。 However, it is difficult to change the physical properties of the non-aqueous electrolyte due to the narrow selection of solvents with only carbonate esters. For example, in a non-aqueous electrolyte battery in which the electrode active material is thickly applied and the energy density is improved, the viscosity of the non-aqueous electrolyte is high with only carbonate esters, and the impregnation property of the non-aqueous electrolyte into the active material is insufficient. Become. In addition, since some carbonates have a high melting point and solidify at a low temperature, problems still remain in improving the low-temperature characteristics. In addition, it is difficult to obtain high electrical conductivity for more effective ion transfer only with a carbonate ester mixture.
これらの欠点を補うため、炭酸エステルよりも低融点、低粘度であって、高い電気伝導率を持つ環状カルボン酸エステルのγ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)等を溶媒に用いることが提案されている。また、GBLよりもさらに低粘度の酢酸メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)などの鎖状カルボン酸エステルを非水電解液に添加する手法が報告されている。カルボン酸エステルは非水電解液の電気伝導率を向上するとともに、非水電解液電池の低温特性を改善できることが報告されている(特許文献1および2)。 To compensate for these drawbacks, cyclic carboxylic acid esters γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone (GVL), etc., which have a lower melting point and lower viscosity than carbonic acid esters and have high electrical conductivity, are used as solvents. It has been proposed. In addition, a technique of adding a chain carboxylic acid ester such as methyl acetate (MA) or methyl propionate (MP) having a viscosity lower than that of GBL to a non-aqueous electrolyte has been reported. Carboxylic acid esters have been reported to improve the electrical conductivity of non-aqueous electrolytes and improve the low-temperature characteristics of non-aqueous electrolyte batteries (Patent Documents 1 and 2).
また、カルボン酸エステルと同様に、アセトニトリルなどのニトリル化合物も非水電解液の低粘度化、電気伝導率の向上に有効な溶媒であることが知られている(特許文献3、4)。しかし、カルボン酸エステルやニトリル化合物は、炭酸エステルと比較して電位窓が狭く、非水電解液電池の充放電過程において分解するため、充放電サイクルを繰り返すことにより放電容量維持率が低下してしまう。これらの溶媒の分解は、ビニレンカーボネート(VC)などの不飽和炭酸エステルによる電極上の被膜形成により防ぐことができる。 Similarly to carboxylic acid esters, nitrile compounds such as acetonitrile are known to be effective solvents for reducing the viscosity of non-aqueous electrolytes and improving electrical conductivity (Patent Documents 3 and 4). However, carboxylic acid esters and nitrile compounds have a narrow potential window compared to carbonate esters and decompose in the charge / discharge process of non-aqueous electrolyte batteries. End up. Decomposition of these solvents can be prevented by forming a film on the electrode with an unsaturated carbonate such as vinylene carbonate (VC).
一方、近年、非水電解液の引火点を上昇させて安全性の向上を図ることを目的として、難燃性のフッ素化合物を非水電解液に添加することが報告されている(特許文献5)。 On the other hand, in recent years, it has been reported that a flame retardant fluorine compound is added to a non-aqueous electrolyte for the purpose of increasing the flash point of the non-aqueous electrolyte and improving safety (Patent Document 5). ).
カルボン酸エステルやニトリル化合物は沸点や引火点が低いものが多く、これらの溶媒を添加した非水電解液は安全性の低下を伴うため、より実用性を考慮した非水電解液の開発が望まれている。また、多くのフッ素化合物は一般に双極子モーメントが小さいことから非水電解液への溶解性が低く、混合せずに相分離するものもある。特許文献5に記載のフッ素化合物には非水電解液に添加すると非水電解液の粘度が上昇するものもあり、それに伴う非水電解液の電気伝導度の低下によって非水電解液電池のサイクル特性に悪影響を与える恐れがある。非水電解液の粘度の上昇は、非水電解液電池への非水電解液の含浸性を悪化させ、非水電解液の注液時間の延長を引き起こして非水電解液電池の製造性を悪化させる。 Many carboxylic acid esters and nitrile compounds have low boiling points and flash points, and non-aqueous electrolytes containing these solvents are accompanied by a decrease in safety. It is rare. In addition, many fluorine compounds generally have a small dipole moment and thus have low solubility in non-aqueous electrolytes, and some may phase separate without mixing. Some of the fluorine compounds described in Patent Document 5 increase the viscosity of the non-aqueous electrolyte when added to the non-aqueous electrolyte, and the cycle of the non-aqueous electrolyte battery is caused by the accompanying decrease in the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte. May adversely affect properties. An increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte deteriorates the impregnation of the non-aqueous electrolyte into the non-aqueous electrolyte battery, prolongs the time for injecting the non-aqueous electrolyte, and increases the manufacturability of the non-aqueous electrolyte battery. make worse.
本発明はかかる問題点を鑑みてなされたものであり、安全性が高く、低粘度かつ高電気伝導度であり、高い含浸性を示す非水電解液およびそれを用いる非水電解液電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a non-aqueous electrolyte having high safety, low viscosity, high electrical conductivity, high impregnation, and a non-aqueous electrolyte battery using the same. The purpose is to do.
本発明者らは、非水電解液にフッ素化エーテルと、カルボン酸エステルおよびニトリル化合物の少なくとも1種とを添加することにより、上記目的が達成されることを知見した。本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、下式(1)で表されるフッ素化エーテルと、下式(2)で表されるカルボン酸エステルおよび下式(3)で表されるニトリル化合物のうち少なくとも1種とを添加して非水電解液を構成することにより、非水電解液の含浸性および電気伝導率を向上し、非水電解液電池の充放電サイクル特性の向上を図ることができる。 The present inventors have found that the above object can be achieved by adding a fluorinated ether and at least one of a carboxylic acid ester and a nitrile compound to the nonaqueous electrolytic solution. The present invention has been made based on this finding, and is represented by a fluorinated ether represented by the following formula (1), a carboxylic acid ester represented by the following formula (2), and the following formula (3). By adding at least one of the nitrile compounds to constitute the non-aqueous electrolyte, the impregnation and electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte are improved, and the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte battery are improved. Can be planned.
CnH2n+1−O−CmF2m+1 (1)
[式(1)中、nは1〜4、mは1〜6の整数を表す。]
C n H 2n + 1 -O- C m F 2m + 1 (1)
[In Formula (1), n represents 1-4, m represents the integer of 1-6. ]
R1−COO−R2 (2)
[式(2)中、R1およびR2は炭化水素基であり、R1およびR2のどちらか一方または両方に、ハロゲン原子または不飽和結合を有していてもよい。また、R1とR2は結合して環状構造を有していてもよい。]
R 1 —COO—R 2 (2)
[In Formula (2), R 1 and R 2 are hydrocarbon groups, and either or both of R 1 and R 2 may have a halogen atom or an unsaturated bond. R 1 and R 2 may be bonded to each other to have a cyclic structure. ]
R3−CN (3)
[式(3)中、R3は炭化水素基であり、ハロゲン原子を有していてもよい。]
R 3 -CN (3)
[In Formula (3), R 3 is a hydrocarbon group and may have a halogen atom. ]
本発明によれば、非水電解液にフッ素化エーテルと、カルボン酸エステルおよびニトリル化合物の少なくとも1種とを添加することにより、電気伝導度を向上するとともに、非水電解液電池への含浸性を向上させて非水電解液電池の製造性を向上することができる。すなわち、本発明により、安全性が高く、低粘度かつ高電気伝導度であり、高い含浸性を示す非水電解液、およびそれを用いる優れた充放電サイクル特性の非水電解液電池を提供することができる。 According to the present invention, by adding a fluorinated ether and at least one of a carboxylic acid ester and a nitrile compound to the non-aqueous electrolyte, the electrical conductivity is improved and the impregnation property to the non-aqueous electrolyte battery is increased. The productivity of the nonaqueous electrolyte battery can be improved. That is, according to the present invention, a non-aqueous electrolyte having high safety, low viscosity, high electrical conductivity, and high impregnation property, and a non-aqueous electrolyte battery having excellent charge / discharge cycle characteristics using the non-aqueous electrolyte are provided. be able to.
本発明の具体的な実施の形態を、以下に説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described below.
本発明の非水電解液は、非水溶媒と電解質塩を含んで構成されている。本発明の非水電解液は、非水溶媒に、フッ素化エーテルと、カルボン酸エステルおよびニトリル化合物のうち少なくとも1種とを含む。 The nonaqueous electrolytic solution of the present invention is configured to contain a nonaqueous solvent and an electrolyte salt. The nonaqueous electrolytic solution of the present invention contains a fluorinated ether and at least one of a carboxylic acid ester and a nitrile compound in a nonaqueous solvent.
フッ素化エーテルとしては、下式(1)で表されるものを用いる。フッ素化エーテルを非水電解液に添加することにより、非水電解液の含浸性を向上させて非水電解液の注液時間を短縮するとともに、引火点を上昇させて安全性を向上させることができる。 As the fluorinated ether, one represented by the following formula (1) is used. By adding fluorinated ether to the non-aqueous electrolyte, the impregnation of the non-aqueous electrolyte is improved, the time required for injecting the non-aqueous electrolyte is shortened, and the flash point is increased to improve safety. Can do.
CnH2n+1−O−CmF2m+1 (1)
式(1)中のnは1〜4、mは1〜6の整数を表す。
C n H 2n + 1 -O- C m F 2m + 1 (1)
N in Formula (1) represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 6.
式(1)で表されるフッ素化エーテルとしては、例えばメチルノナフルオロブチルエーテル(MnFBE)、エチルノナフルオロブチルエーテル(EnFBE)などが挙げられる。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく、複数種を組合わせて用いてもよい。 Examples of the fluorinated ether represented by the formula (1) include methyl nonafluorobutyl ether (MnFBE) and ethyl nonafluorobutyl ether (EnFBE). Any one of these may be used alone, or a plurality of these may be used in combination.
フッ素化エーテルの濃度は、非水電解液中に0.5〜20質量%の範囲内であることが好ましく、5〜20質量%の範囲内であることがより好ましい。これより低い濃度であると、フッ素化エーテルの難燃性の効果が低くなり、これより高い濃度であると、フッ素化エーテルによる粘度増加の効果が大きくなり、非水電解液の含浸性が低下する恐れがあるからである。 The concentration of the fluorinated ether is preferably in the range of 0.5 to 20% by mass and more preferably in the range of 5 to 20% by mass in the non-aqueous electrolyte. If the concentration is lower than this, the flame retardancy effect of the fluorinated ether is lowered, and if it is higher than this, the effect of increasing the viscosity by the fluorinated ether is increased, and the impregnation property of the nonaqueous electrolyte is lowered. Because there is a risk of doing.
カルボン酸エステルとしては、下式(2)で表されるものを用いる。カルボン酸エステルを非水電解液に添加することにより、非水電解液を低粘度化し、電気伝導率を向上させることができる。 As the carboxylic acid ester, one represented by the following formula (2) is used. By adding a carboxylic acid ester to the non-aqueous electrolyte, the viscosity of the non-aqueous electrolyte can be reduced and the electrical conductivity can be improved.
R1−COO−R2 (2)
式(2)中のR1およびR2は炭化水素基であり、R1およびR2のどちらか一方または両方に、ハロゲン原子または不飽和結合を有していてもよい。また、R1とR2は結合して環状構造を有していても良い。炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。また、ハロゲン原子は、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子、塩素原子のいずれであってもよい。不飽和結合としては、例えば炭素−炭素不飽和結合が挙げられる。
R 1 —COO—R 2 (2)
R 1 and R 2 in the formula (2) are hydrocarbon groups, and either or both of R 1 and R 2 may have a halogen atom or an unsaturated bond. R 1 and R 2 may be bonded to each other to have a cyclic structure. Examples of the hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. The halogen atom may be any of a fluorine atom, a bromine atom, an iodine atom, and a chlorine atom. As an unsaturated bond, a carbon-carbon unsaturated bond is mentioned, for example.
式(2)で表されるカルボン酸エステルとしては、例えば酢酸メチル(MA)、酢酸エチル(EA)、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸ブチルなどの鎖状カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)、α−アセチル−ブチロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、β−メチル−γ−ブチロラクトン、α−アンゲリカラクトン、α−メチレン−γ−ブチロラクトン、γ−ヘキサノラクトン、γ−ノナノラクトン、γ−オクタノラクトン、γ−メチル−γ−デカノラクトンなどの環状カルボン酸エステルが挙げられる。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく、複数種を組合わせて用いてもよい。また、これらの中でも、特に、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンからなる群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。 Examples of the carboxylic acid ester represented by the formula (2) include methyl acetate (MA), ethyl acetate (EA), propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, and butyric acid. Chain carboxylates such as methyl, ethyl butyrate, propyl butyrate, butyl butyrate, γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone (GVL), α-acetyl-butyrolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, β-methyl Examples include cyclic carboxylic acid esters such as -γ-butyrolactone, α-angelicalactone, α-methylene-γ-butyrolactone, γ-hexanolactone, γ-nonanolactone, γ-octanolactone, and γ-methyl-γ-decanolactone. . Any one of these may be used alone, or a plurality of these may be used in combination. Among these, it is particularly preferable to use at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
カルボン酸エステルの濃度は、非水電解液中に0.5〜30質量%の範囲内であることが好ましく、5〜30質量%の範囲内であることがより好ましい。これより低い濃度であるとカルボン酸エステルによる高電気伝導率の効果が低くなり、これより高い濃度であるとカルボン酸エステルの分解による影響が大きくなるからである。 The concentration of the carboxylic acid ester is preferably in the range of 0.5 to 30% by mass, and more preferably in the range of 5 to 30% by mass in the nonaqueous electrolytic solution. If the concentration is lower than this, the effect of high electrical conductivity due to the carboxylic acid ester is lowered, and if the concentration is higher than this, the influence of decomposition of the carboxylic acid ester is increased.
ニトリル化合物としては、下式(3)で表されるものを用いる。ニトリル化合物を非水電解液に添加することにより、非水電解液を低粘度化し、非水電解液の電気伝導率を向上させることができる。 As the nitrile compound, one represented by the following formula (3) is used. By adding the nitrile compound to the non-aqueous electrolyte, the viscosity of the non-aqueous electrolyte can be reduced and the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte can be improved.
R3−CN (3)
式(3)中のR3は炭化水素基であり、ハロゲン原子を有していてもよい。炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。また、ハロゲン原子は、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子、塩素原子のいずれであってもよい。
R 3 -CN (3)
R 3 in Formula (3) is a hydrocarbon group and may have a halogen atom. Examples of the hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. The halogen atom may be any of a fluorine atom, a bromine atom, an iodine atom, and a chlorine atom.
式(3)で表されるニトリル化合物としては、例えばアセトニトリル(AN)、プロピオニトリル(PN)、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、ヘキサンニトリル、オクタンニトリル、ウンデカンニトリル、デカンニトリル、シクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、トリメチルアセトニトリル、クロトンニトリルが挙げられる。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく、複数種を組合わせて用いてもよい。これらの中でも、特に、アセトニトリルおよびプロピオニトリルから選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。 Examples of the nitrile compound represented by the formula (3) include acetonitrile (AN), propionitrile (PN), butyronitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, hexanenitrile, octanenitrile, undecanenitrile, decanenitrile, and cyclohexanecarbox. Examples include nitrile, benzonitrile, phenylacetonitrile, acrylonitrile, trimethylacetonitrile, and crotonnitrile. Any one of these may be used alone, or a plurality of these may be used in combination. Among these, it is particularly preferable to use at least one selected from acetonitrile and propionitrile.
ニトリル化合物の濃度は、非水電解液中に0.5〜20質量%の範囲内であることが好ましく、5〜20質量%の範囲内であることがより好ましい。これより低い濃度であるとニトリル化合物による高電気伝導率の効果が低くなり、これより高い濃度であるとニトリル化合物の分解の影響が大きくなるからである。 The concentration of the nitrile compound is preferably in the range of 0.5 to 20% by mass and more preferably in the range of 5 to 20% by mass in the non-aqueous electrolyte. This is because if the concentration is lower than this, the effect of high electrical conductivity by the nitrile compound is lowered, and if the concentration is higher than this, the influence of decomposition of the nitrile compound is increased.
フッ素化エーテルと、カルボン酸エステルおよびニトリル化合物から選択される少なくとも1種との混合割合(フッ素化エーテル化合物:カルボン酸エステルおよびニトリル化合物から選択される少なくとも1種)(質量比)は、1〜20:20〜1の範囲内であることが好ましい。 Mixing ratio of fluorinated ether and at least one selected from carboxylic acid ester and nitrile compound (fluorinated ether compound: at least one selected from carboxylic acid ester and nitrile compound) (mass ratio) is 1 to It is preferably within the range of 20: 20-1.
上記した非水溶媒は他の非水溶媒と併用することができる。併用可能な非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などの炭酸エステル、炭酸ビニレン(VC)等が挙げられる。非水電解液中の炭酸エステルの濃度は、60〜95質量%の範囲内であることが好ましい。また、非水電解液中の炭酸ビニレンの濃度は、0.5〜5質量%の範囲内であることが好ましい。 The non-aqueous solvent described above can be used in combination with other non-aqueous solvents. Examples of non-aqueous solvents that can be used in combination include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC), and vinylene carbonate (VC). Etc. The concentration of the carbonate ester in the non-aqueous electrolyte is preferably in the range of 60 to 95% by mass. Moreover, it is preferable that the density | concentration of vinylene carbonate in a nonaqueous electrolyte solution exists in the range of 0.5-5 mass%.
上記の非水溶媒に溶解させる電解質塩としては、従来公知のものを用いることができる。具体的には、例えばリチウム塩が挙げられ、例としてヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム((CF3SO2)2NLi)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム((CF3SO2)3CLi)などが挙げられる。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく、複数種を組合わせて用いてもよい。非水電解液中の電解質塩の濃度は、いずれの電解質塩を用いる場合においても、0.5〜2.0mol/kgの範囲内であることが好ましい。 A conventionally well-known thing can be used as electrolyte salt dissolved in said nonaqueous solvent. Specific examples include lithium salts. Examples include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF). 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (CF 3 SO 3 Li), bis (trifluoromethanesulfonyl) imido lithium ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyl lithium ((CF 3 SO 2 ) 3 CLi). Any one of these may be used alone, or a plurality of these may be used in combination. The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / kg, regardless of which electrolyte salt is used.
本発明の非水電解液を用いた非水電解液電池の正極、負極としては、通常この種の非水電解液電池に用いられるものを使用できる。以下に、本発明を適用した非水電解液電池として、リチウムイオン二次電池(以下、電池とも記す。)の一構成例を図1に示す。 As a positive electrode and a negative electrode of a non-aqueous electrolyte battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention, those normally used for this type of non-aqueous electrolyte battery can be used. FIG. 1 shows a configuration example of a lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as a battery) as a nonaqueous electrolyte battery to which the present invention is applied.
図1に示したリチウムイオン二次電池は、いわゆる円筒型と言われるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、液状の電解質である非水電解液が注入され、セパレータ23に含浸されている。また、巻回電極体20を挟むように、巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12、13がそれぞれ配置されている。
The lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 is a so-called cylindrical type, and a strip-shaped positive electrode 21 and a strip-shaped
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a
巻回電極体20は、例えば、センターピン24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
The wound electrode body 20 is wound around a center pin 24, for example. A positive electrode lead 25 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a
正極21は、例えば、図示しないが、対向する一対の面を有する正極集電体の両面あるいは片面に正極合剤層が設けられた構造を有している。正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極合剤層は、例えば、正極活物質を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。 The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer is provided on both surfaces or one surface of a positive electrode current collector having a pair of opposed surfaces, although not shown. The positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode mixture layer includes, for example, a positive electrode active material, and may include a conductive agent such as a carbon material and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary.
正極活物質としては、例えば化学式LixMO2(xは0.5以上、1.1以下の範囲であり、Mは遷移金属のうちのいずれか1種又は複数種の化合物である。)等で示されるリチウム複合酸化物、TiS2、MoS2、NbSe2、V2O5等のリチウムを含有しない金属硫化物、金属酸化物、および特定のポリマーなどが挙げられる。これらのうち、リチウム複合酸化物としては、例えばLiCoO2、LiNiO2、LixNiyCo1−yO2(x、yは電池の充放電状態によって異なり、通常0<x<1、0.7<y<1.02である。)や、LiMn2O4等で示されるスピネル型リチウム・マンガン複合酸化物などが挙げられる。そして、正極2では、正極活物質として、上述した金属硫化物、金属酸化物、リチウム複合酸化物等のうちのいずれか1種又は複数種を混合して用いることも可能である。 Examples of the positive electrode active material include a chemical formula Li x MO 2 (x is in the range of 0.5 to 1.1, and M is one or more compounds of transition metals). And lithium-containing metal oxides such as TiS 2 , MoS 2 , NbSe 2 , and V 2 O 5 , metal oxides, and specific polymers. Among these, as the lithium composite oxide, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li x Ni y Co 1-y O 2 (x and y are different depending on the charge / discharge state of the battery, and usually 0 <x <1, 0. 7 <y <1.02), and spinel type lithium / manganese composite oxide represented by LiMn 2 O 4 or the like. And in the positive electrode 2, it is also possible to mix and use any 1 type or multiple types among the metal sulfide mentioned above, a metal oxide, lithium composite oxide, etc. as a positive electrode active material.
負極22は、図示しないが、例えば、正極21と同様に、対向する一対の面を有する負極集電体の両面または片面に負極合剤層が設けられた構造を有している。負極22には、負極集電体上にリチウムのドープ/脱ドープ可能な金属等をスパッタや、蒸着等により成膜した後に、アニールを施すことで負極集電体上にリチウムのドープ/脱ドープ可能な金属が成膜されたものを用いても良い。負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔およびステンレス箔などの金属箔により構成されている。負極合剤層は、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。
Although not shown, the
負極活物質としては、例えばリチウムと化合可能な金属、合金、元素、及びこれらの化合物等が挙げられる。負極活物質としては、例えばリチウムと化合可能な元素をMとしたときにMxM’yLiz(M’はLi元素及びM元素以外の金属元素であり、xは0より大きな数値であり、y及びzは0以上の数値である。)の化学式で示される化合物が挙げられる。この化学式においては、例えば半導体元素であるB、Si、As等も金属元素として挙げられる。具体的には、例えばMg、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Y、B、Si、As等の元素及びこれらの元素を含有する化合物、Li−Al、Li−Al−M(Mは2A族、3B族、4B族の遷移金属元素のうちいずれか1種又は複数種である。)、AlSb、CuMgSb等が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material include metals, alloys, elements, and compounds thereof that can be combined with lithium. As the negative electrode active material, for example, when M is an element that can be combined with lithium, M x M ′ y Li z (M ′ is a Li element and a metal element other than the M element, and x is a value larger than 0) , Y and z are numerical values of 0 or more). In this chemical formula, for example, B, Si, As, etc., which are semiconductor elements, are also mentioned as metal elements. Specifically, for example, elements such as Mg, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Cd, Ag, Zn, Hf, Zr, Y, B, Si, As, and the like Compounds containing these elements, Li-Al, Li-Al-M (M is one or more of 2A, 3B, 4B transition metal elements), AlSb, CuMgSb, etc. Can be mentioned.
リチウムと化合可能な元素としては、例えば4B族典型元素が好ましく、その中でもSiおよびSnがより好ましく、Siが特に好ましい。具体的には、MxSi、MxSn(MはSi、Sn以外の1種以上の元素であり、xは0以上の数値である。)の化学式で示されるSi化合物、Sn化合物としては、例えばSiB4、SiB6、Mg2Si、Mg2Sn、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2等が挙げられ、これらのうちのいずれか1種又は複数種を混合して用いる。 As an element capable of combining with lithium, for example, a group 4B typical element is preferable, among which Si and Sn are more preferable, and Si is particularly preferable. Specifically, as the Si compound and Sn compound represented by the chemical formula of M x Si, M x Sn (M is one or more elements other than Si and Sn, and x is a numerical value of 0 or more) For example, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2, etc., and any one or a combination of these may be used.
さらに、負極活物質としては、例えば1種以上の非金属元素を含有する炭素以外の4B族の元素化合物も挙げられる。この化合物は、複数種の4B族の元素を含有していても良い。具体的には、例えばSiC、Si3N4、Si2N2O、Ge2N2O、SiOx(0<x≦2)、SnOx(0<x≦2)、LiSiO、LiSnO等が挙げられ、これらのうちのいずれか1種又は複数種を混合して用いる。 Furthermore, examples of the negative electrode active material also include 4B group element compounds other than carbon containing one or more kinds of nonmetallic elements. This compound may contain a plurality of 4B group elements. Specifically, for example, SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, Ge 2 N 2 O, SiO x (0 <x ≦ 2), SnO x (0 <x ≦ 2), LiSiO, LiSnO, etc. Any one or a combination of these may be used.
負極活物質として用いる化合物は、例えば化合物の原料を不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下で所定の温度で所定の時間、加熱処理する等して合成されるが、このような合成方法に限定されることなく、様々な手法で合成されても良い。具体的には、例えばメカニカルアロイニング法、メルトスピニング法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法等により合成される。そして、これらの方法で合成される化合物は、粉砕して粉末にしてもよいが、粉砕せずに固形物で用いることもできる。また、負極活物質として用いる化合物等にリチウムのドープを行う際は、例えば電池製造前または後に正極5または正極5以外のリチウム源からリチウムを供給して電気化学的にドープさせることや、負極活物質の合成時にリチウムを含有させること等で行われる。 The compound used as the negative electrode active material is synthesized, for example, by subjecting the raw material of the compound to heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time in an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere. Without being limited, they may be synthesized by various methods. Specifically, it is synthesized by, for example, a mechanical alloying method, a melt spinning method, a gas atomizing method, a water atomizing method, or the like. And although the compound synthesize | combined by these methods may be grind | pulverized and made into a powder, it can also be used with a solid substance, without grind | pulverizing. In addition, when doping a compound or the like used as the negative electrode active material with lithium, for example, lithium is supplied from a positive electrode 5 or a lithium source other than the positive electrode 5 before or after manufacturing the battery and electrochemically doped. It is performed by including lithium during the synthesis of the substance.
負極活物質として、前記化合物等の他に、例えばリチウムイオンのドープ/脱ドープが可能な炭素質材料等が挙げられる。このような炭素質材料としては、例えば人造黒鉛や天然黒鉛等の黒鉛類、難黒鉛化性炭素、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等のコークス類、ガラス状炭素繊維、フェノール樹脂やフラン樹脂等を適当な温度で焼成して炭素化させた有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等が挙げられ、これらのうちのいずれか1種又は複数種を混合して用いる。これらの炭素質材料は、負極活物質層に含有された場合、負極活物質層の導電性を向上させる導電材としても機能することになる。 Examples of the negative electrode active material include a carbonaceous material that can be doped / undoped with lithium ions in addition to the above-described compounds. Examples of such carbonaceous materials include graphites such as artificial graphite and natural graphite, non-graphitizable carbon, pyrolytic carbons, cokes such as pitch coke, needle coke, and petroleum coke, glassy carbon fiber, phenol Examples include organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, activated carbon, carbon blacks, etc., which are carbonized by firing resin or furan resin at an appropriate temperature, and any one or more of these are mixed. And use. When these carbonaceous materials are contained in the negative electrode active material layer, they also function as a conductive material that improves the conductivity of the negative electrode active material layer.
セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ非水電解液中のリチウムイオンを通過させるものである。セパレータは、微少な孔を多数有する微多孔性膜からなる。ここで、微多孔性膜とは、孔の平均孔径が5μm以下程度の微孔を多数有する樹脂膜のことである。また、セパレータとしては、材料として従来の電池に使用されてきたものを利用することが可能である。そのなかでも、ショート防止効果に優れ、且つシャットダウン効果による電池の安全性向上が可能なポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン等からなる微多孔性フィルムを用いることが好ましい。 The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions in the non-aqueous electrolyte to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between both electrodes. A separator consists of a microporous film | membrane which has many micropores. Here, the microporous membrane is a resin membrane having a large number of micropores having an average pore diameter of about 5 μm or less. Moreover, as a separator, what has been used for the conventional battery as a material can be utilized. Among these, it is preferable to use a microporous film made of polyolefin such as polypropylene or polyethylene, which is excellent in short-circuit prevention effect and can improve battery safety by a shutdown effect.
セパレータは、その厚みを5μm以上、50μm以下の範囲とすると共に、その全体積中における空隙体積の比率を表す空孔率を20%以上、60%以下の範囲とする。このような条件に合致するセパレータにより、製造歩留まり、出力特性、サイクル特性、安全性に優れた電池を得ることが可能となる。 The separator has a thickness in the range of 5 μm or more and 50 μm or less, and a porosity that represents the ratio of the void volume in the entire volume in the range of 20% or more and 60% or less. By using a separator that meets such conditions, it is possible to obtain a battery having excellent manufacturing yield, output characteristics, cycle characteristics, and safety.
以上のような構成の電池は、以下のようにして製造する。 The battery configured as described above is manufactured as follows.
まず、正極は例えば次のようにして作製する。正極活物質と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製し、正極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤塗液とする。次いで、正極合剤塗液を正極集電体に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型して正極合剤層を形成し、正極21を作製する。 First, the positive electrode is manufactured as follows, for example. A positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a positive electrode mixture coating solution. Next, the positive electrode mixture coating liquid is applied to the positive electrode current collector and dried, and then compression molded to form a positive electrode mixture layer, whereby the positive electrode 21 is produced.
また、負極は例えば次のようにして作製する。負極活物質と結着剤とを混合して負極合剤を調製し、負極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤塗液とする。次いで、負極合剤塗液を負極集電体に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型して負極合剤層を形成し、負極22を作製する。
Moreover, a negative electrode is produced as follows, for example. A negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a negative electrode mixture coating solution. Next, the negative electrode mixture coating liquid is applied to the negative electrode current collector and dried, and then compression molded to form a negative electrode mixture layer, whereby the
続いて、正極集電体に正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体に負極リード26を溶接などにより取り付ける。その後、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12、13で挟み電池缶11の内部に収納する。次いで、非水電解液を電池缶11の内部に注入する。その後、電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16を、ガスケット17を介してかしめることにより固定する。
Subsequently, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector by welding or the like, and the
上述のようにして、図1に示したリチウムイオン二次電池が完成する。このリチウムイオン二次電池では、充電を行うと、例えば正極21からリチウムイオンが離脱し、電解質を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば負極22からリチウムイオンが離脱し、電解質を介して正極21に吸蔵される。
As described above, the lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 is completed. In this lithium ion secondary battery, when charged, for example, lithium ions are detached from the positive electrode 21 and inserted in the
なお、上述の説明では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の非水電解液は一次電池についても適用可能である。また、上述の説明は円筒形の二次電池についての説明であるが、本発明の非水電解液は、例えば、コイン型電池、角型電池、ボタン型電池等といった外装材に金属製容器等を用いた電池、薄型電池といった外装材にラミネートフィルム等を用いた電池等、いかなる形状や大きさの非水電解液電池に適用することも可能である。 In the above description, the lithium ion secondary battery has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the nonaqueous electrolytic solution of the present invention can also be applied to a primary battery. In addition, the above description is about a cylindrical secondary battery. However, the non-aqueous electrolyte of the present invention can be applied to an exterior material such as a coin battery, a square battery, a button battery, etc. The present invention can be applied to non-aqueous electrolyte batteries having any shape and size, such as batteries using a battery and batteries using a laminate film as an exterior material such as a thin battery.
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
<電池の製造方法>
実施例1〜21および比較例1〜11として、上述の実施の形態において説明したリチウムイオン二次電池を作製した。まず、正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)を94質量部と、導電剤であるグラファイトを3質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを3質量部とを均一に混合したのち、N−メチルピロリドンを添加し正極合剤塗液を得た。次いで、得られた正極合剤塗液を、幅56mm、長さ550mm、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体に均一に塗布し乾燥させて厚み70μmの正極合剤層を形成した。同様にして、正極集電体の裏面にも厚み70μmの正極合剤層を形成した。その後、正極集電体の一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。
<Battery manufacturing method>
As Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 11, lithium ion secondary batteries described in the above-described embodiment were manufactured. First, 94 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed uniformly. N-methylpyrrolidone was added to obtain a positive electrode mixture coating solution. Next, the obtained positive electrode mixture coating liquid was uniformly applied to a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a width of 56 mm, a length of 550 mm, and a thickness of 20 μm and dried to form a positive electrode mixture layer having a thickness of 70 μm. Similarly, a positive electrode mixture layer having a thickness of 70 μm was also formed on the back surface of the positive electrode current collector. Thereafter, a positive electrode lead 25 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector.
また、負極活物質である黒鉛を94質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを6質量部とを均一に混合したのち、N−メチルピロリドンを添加し負極合剤塗液を得た。次いで、得られた負極合剤塗液を、幅58mm、長さ600mm、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体に均一に塗布し乾燥させて厚み70μmの負極合剤層を形成した。同様にして、負極集電体の裏面にも厚み70μmの負極合剤層を形成した。その後、負極集電体の一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。
Further, 94 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 6 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were uniformly mixed, and then N-methylpyrrolidone was added to obtain a negative electrode mixture coating solution. Next, the obtained negative electrode mixture coating liquid was uniformly applied to a negative electrode current collector made of a copper foil having a width of 58 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 15 μm, and dried to form a negative electrode mixture layer having a thickness of 70 μm. Similarly, a negative electrode mixture layer having a thickness of 70 μm was also formed on the back surface of the negative electrode current collector. Thereafter, a nickel
次いで、正極21と負極22とを厚み25μmの微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ23を介して積層したのち、ワインダーで巻き取って巻回電極体20を形成し、巻回電極体20を、直径18mm、長さ65mmのステンレスよりなる電池缶11の内部に収納した。なお、この電池の容量は2400mAhであった。
Subsequently, after laminating the positive electrode 21 and the
次いで、表1に示す組成の非水電解液を電池缶11の内部に注液器で注入した。電解質塩にはヘキサフルオロリン酸リチウムを1.3mol/kgの濃度になるように用いた。また、各非水電解液には1質量%のビニレンカーボネートを含有させた。注液は、専用の注液機に電池を設置後、非水電解液4gを2気圧で加圧注入して行った。その後、ガスケット17を介して電池蓋14を電池缶11にかしめることにより、図1に示した円筒型のリチウムイオン二次電池を得た。 Next, a nonaqueous electrolytic solution having the composition shown in Table 1 was injected into the battery can 11 with a liquid injector. As the electrolyte salt, lithium hexafluorophosphate was used at a concentration of 1.3 mol / kg. Each non-aqueous electrolyte contained 1% by weight of vinylene carbonate. The liquid injection was performed by placing the battery in a dedicated liquid injection machine and then injecting 4 g of the non-aqueous electrolyte at 2 atm. Thereafter, the battery lid 14 was caulked to the battery can 11 via the gasket 17 to obtain the cylindrical lithium ion secondary battery shown in FIG.
<電解液および電池の評価>
(1)注液試験
注液試験により、非水電解液のリチウムイオン二次電池への含浸性を調べた。表1に示す組成の非水電解液4gを、2気圧下で注液機を用いて電池内に注入し、非水電解液が電池内に完全に注入されるまでの時間を注液時間とした。EC/DMC(30:70質量比)の非水電解液(比較例1)での注液時間を基準として、各非水電解液での注液時間の短縮率を百分率で算出した。その結果を表1に示す。
(2)充放電試験
充放電試験により、リチウムイオン二次電池の特性を調べた。上記の製造方法で得られたリチウムイオン二次電池を、23℃において2.4Aで4.2Vを上限として3.5時間定電流定電圧充電し、その後30分間休止して2.4Aで3Vに達するまで放電するというサイクルを繰り返した。100サイクル経過後、1サイクル目の放電容量を100として放電容量維持率(%)を算出した。その結果を表1に示す。
<Evaluation of electrolyte and battery>
(1) Liquid injection test The impregnation property of the non-aqueous electrolyte into the lithium ion secondary battery was examined by a liquid injection test. 4 g of the non-aqueous electrolyte having the composition shown in Table 1 was injected into the battery at 2 atm using a liquid injector, and the time until the non-aqueous electrolyte was completely injected into the battery was defined as the injection time. did. Based on the injection time of EC / DMC (30:70 mass ratio) with a non-aqueous electrolyte (Comparative Example 1), the shortening rate of the injection time with each non-aqueous electrolyte was calculated as a percentage. The results are shown in Table 1.
(2) Charging / discharging test The characteristic of the lithium ion secondary battery was investigated by the charging / discharging test. The lithium ion secondary battery obtained by the above manufacturing method was charged with a constant current and a constant voltage for 3.5 hours at 23 ° C. with a maximum of 4.2 V at 2.4 A, and then rested for 30 minutes and then 3 V at 2.4 A. The cycle of discharging until the value reached was repeated. After 100 cycles, the discharge capacity retention rate (%) was calculated with the discharge capacity at the first cycle as 100. The results are shown in Table 1.
表1からわかるように、フッ素化エーテルと、カルボン酸エステルもしくはニトリル化合物またはそれらの混合物とを非水電解液に添加した実施例1〜21では、これらの溶媒を非水電解液に添加しなかった比較例1と比較して、高い放電容量維持率を示すとともに注液時間が短縮された。例えば、比較例1を基準として、実施例4では注液時間が22%短縮された。 As can be seen from Table 1, in Examples 1 to 21 in which a fluorinated ether and a carboxylic acid ester or a nitrile compound or a mixture thereof were added to the non-aqueous electrolyte, these solvents were not added to the non-aqueous electrolyte. Compared with the comparative example 1, it showed a high discharge capacity maintenance rate and the injection time was shortened. For example, on the basis of Comparative Example 1, in Example 4, the injection time was shortened by 22%.
また、表1からわかるように、フッ素化エーテル、カルボン酸エステル、およびニトリル化合物の非水電解液における濃度を0.5質量%以上とした場合に、より高い注液時間の短縮効果が示された。しかし、非水電解液中のフッ素化エーテルの濃度を30質量%とした比較例4では、フッ素化エーテルが非水電解液に溶けずに相分離したため、注液試験と電池特性試験は行えなかった。そして、非水電解液中のカルボン酸エステルの濃度を40質量%とした比較例5および非水電解液中のニトリル化合物の濃度を30質量%とした比較例6では、カルボン酸エステルまたはニトリル化合物の分解による影響が大きくなり、高い放電容量維持率は得られなかった。 Further, as can be seen from Table 1, when the concentration of the fluorinated ether, carboxylic acid ester, and nitrile compound in the nonaqueous electrolytic solution is 0.5% by mass or more, a higher effect of shortening the injection time is shown. It was. However, in Comparative Example 4 in which the concentration of the fluorinated ether in the nonaqueous electrolytic solution was 30% by mass, the fluorinated ether was not dissolved in the nonaqueous electrolytic solution and phase-separated, so that the liquid injection test and the battery characteristic test could not be performed. It was. And in the comparative example 5 which made the density | concentration of the carboxylic acid ester in a nonaqueous electrolyte solution 40 mass%, and the comparative example 6 which made the density | concentration of the nitrile compound in a nonaqueous electrolyte solution 30 mass%, a carboxylic acid ester or a nitrile compound As a result, the effect of the decomposition became large, and a high discharge capacity retention rate could not be obtained.
さらに、フッ素化エーテルを単独で非水電解液に添加した比較例2および3では、放電容量維持率は高いものの注液時間が長いという結果となった。また、カルボン酸エステルおよびニトリル化合物をそれぞれ単独で非水電解液に添加した比較例7〜11では、放電容量維持率は高いものの注液時間が長いという結果、または放電容量維持率が実施例より低いという結果となった。 Furthermore, Comparative Examples 2 and 3 in which fluorinated ether was added alone to the non-aqueous electrolyte resulted in a long injection time although the discharge capacity retention rate was high. Moreover, in Comparative Examples 7 to 11 in which the carboxylic acid ester and the nitrile compound were each added to the nonaqueous electrolytic solution alone, the discharge capacity retention rate was high, but the injection time was long, or the discharge capacity retention rate was higher than in the examples. The result was low.
すなわち、フッ素化エーテルとカルボン酸エステルおよびニトリル化合物の少なくとも1種とを非水電解液中に共存させることにより、高い放電容量維持率とともに注液時間の短縮効果を示すことがわかった。また、フッ素化エーテルの濃度を非水電解液中に0.5〜20質量%の範囲内とするとともに、カルボン酸エステルの濃度を非水電解液中に0.5〜30質量%の範囲内、ニトリル化合物の濃度を非水電解液中に0.5〜20質量%の範囲内とすれば、より高い効果が得られることがわかった。 That is, it has been found that the coexistence of fluorinated ether and at least one of carboxylic acid ester and nitrile compound in the non-aqueous electrolyte exhibits a high discharge capacity maintenance rate and an effect of shortening the injection time. In addition, the concentration of the fluorinated ether is in the range of 0.5 to 20% by mass in the non-aqueous electrolyte, and the concentration of the carboxylic acid ester is in the range of 0.5 to 30% by mass in the non-aqueous electrolyte. It was found that a higher effect can be obtained if the concentration of the nitrile compound is set within the range of 0.5 to 20% by mass in the nonaqueous electrolytic solution.
11…電池缶、12、13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20…巻回電極体、21…正極、22…負極、23…セパレータ、24…センターピン、25…正極リード、26…負極リード DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20 ... Winding electrode body, 21 ... Positive electrode, 22 ... Negative electrode, 23 ... Separator, 24 ... Center pin, 25 ... Positive electrode lead, 26 ... Negative electrode lead
Claims (14)
前記非水溶媒は、下式(1)で表されるフッ素化エーテルと、下式(2)で表されるカルボン酸エステルおよび下式(3)で表されるニトリル化合物から選択される少なくとも1種とを含むことを特徴とする非水電解液。
CnH2n+1−O−CmF2m+1 (1)
[式(1)中、nは1〜4、mは1〜6の整数を表す。]
R1−COO−R2 (2)
[式(2)中、R1およびR2は炭化水素基であり、R1およびR2のどちらか一方または両方に、ハロゲン原子または不飽和結合を有していてもよい。また、R1とR2は結合して環状構造を有していてもよい。]
R3−CN (3)
[式(3)中、R3は炭化水素基であり、ハロゲン原子を有していてもよい。] A non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent,
The non-aqueous solvent is at least one selected from a fluorinated ether represented by the following formula (1), a carboxylic acid ester represented by the following formula (2), and a nitrile compound represented by the following formula (3). A non-aqueous electrolyte characterized by containing a seed.
C n H 2n + 1 -O- C m F 2m + 1 (1)
[In Formula (1), n represents 1-4, m represents the integer of 1-6. ]
R 1 —COO—R 2 (2)
[In Formula (2), R 1 and R 2 are hydrocarbon groups, and either or both of R 1 and R 2 may have a halogen atom or an unsaturated bond. R 1 and R 2 may be bonded to each other to have a cyclic structure. ]
R 3 -CN (3)
[In Formula (3), R 3 is a hydrocarbon group and may have a halogen atom. ]
前記非水溶媒は、下式(1)で表されるフッ素化エーテルと、下式(2)で表されるカルボン酸エステルおよび下式(3)で表されるニトリル化合物から選択される少なくとも1種とを含むことを特徴とする非水電解液電池。
CnH2n+1−O−CmF2m+1 (1)
[上記式(1)中、nは1〜4、mは1〜6の整数を表す。]
R1−COO−R2 (2)
[上記式(2)中、R1およびR2は炭化水素基であり、R1およびR2のどちらか一方または両方に、ハロゲン原子または不飽和結合を有していてもよい。また、R1とR2は結合して環状構造を有していてもよい。]
R3−CN (3)
[上記式(3)中、R3は炭化水素基であり、ハロゲン原子を有していてもよい。] A nonaqueous electrolyte battery comprising a positive electrode and a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent,
The non-aqueous solvent is at least one selected from a fluorinated ether represented by the following formula (1), a carboxylic acid ester represented by the following formula (2), and a nitrile compound represented by the following formula (3). A non-aqueous electrolyte battery comprising a seed.
C n H 2n + 1 -O- C m F 2m + 1 (1)
[In said formula (1), n represents 1-4, m represents the integer of 1-6. ]
R 1 —COO—R 2 (2)
[In the above formula (2), R 1 and R 2 are hydrocarbon groups, and either one or both of R 1 and R 2 may have a halogen atom or an unsaturated bond. R 1 and R 2 may be bonded to each other to have a cyclic structure. ]
R 3 -CN (3)
[In the above formula (3), R 3 is a hydrocarbon group and may have a halogen atom. ]
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