JP2008147117A - Electrolyte and battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶媒と電解質塩とを含む電解質およびそれを用いた電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte containing a solvent and an electrolyte salt and a battery using the electrolyte.
近年、カメラ一体型VTR(video tape recorder )、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、ポータブル電子機器の電源として、電池、特に軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。 In recent years, portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a mobile phone, or a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source for portable electronic devices, development of a battery, in particular, a secondary battery that is lightweight and capable of obtaining a high energy density is underway.
中でも、充放電反応にリチウムの吸蔵および放出を利用する二次電池(いわゆるリチウムイオン二次電池)や、リチウムの析出および溶解を利用する二次電池(いわゆるリチウム金属二次電池)などは、鉛電池やニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られ、高容量が実現されるため、大いに期待されている。 Among them, secondary batteries that use lithium storage and release for charge / discharge reactions (so-called lithium ion secondary batteries) and secondary batteries that use lithium precipitation and dissolution (so-called lithium metal secondary batteries) Compared to batteries and nickel-cadmium batteries, a large energy density can be obtained and a high capacity can be realized.
リチウムイオン二次電池としては、負極材料として炭素材料を用い、正極材料としてリチウム(Li)と遷移金属との複合材料を用い、電解質として炭酸エステルを含む液状の電解質(いわゆる電解液)を用いたものが知られている。炭酸エステルは水や他の有機溶媒と比較して耐酸化性および耐還元性に優れているため、高電圧が得られる。 As a lithium ion secondary battery, a carbon material is used as a negative electrode material, a composite material of lithium (Li) and a transition metal is used as a positive electrode material, and a liquid electrolyte (so-called electrolytic solution) containing a carbonate is used as an electrolyte. Things are known. Since carbonate ester is excellent in oxidation resistance and reduction resistance compared with water and other organic solvents, a high voltage can be obtained.
このようなリチウムイオン二次電池としては、軽量でエネルギー密度が高いことから、外装部材としてラミネートフィルムを用いたもの(いわゆるラミネートフィルム型の二次電池)が実用化されている。特に、電解液を高分子化合物に保持させていわゆるゲル状としたものは、外装部材の変形を抑制することができるので、広く普及している。このラミネートフィルム型の二次電池は、電池中に占める活物質の割合が大きいため、さらなる高容量化に対応可能である。 As such a lithium ion secondary battery, since it is lightweight and has high energy density, a battery using a laminate film as an exterior member (so-called laminate film type secondary battery) has been put into practical use. In particular, a so-called gel-like material in which an electrolytic solution is held in a polymer compound is widely used because deformation of the exterior member can be suppressed. Since this laminate film type secondary battery has a large proportion of the active material in the battery, it can cope with higher capacity.
これらの二次電池に用いられる電解液の組成に関しては、各種性能の改善を目的として、既にいくつかの技術が提案されている。具体的には、高温下での保存特性およびサイクル特性を向上させるために、電解液に鎖状または環状のスルホン化合物を含有させる技術が知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。また、高温状態での電池内におけるガスの発生およびそれに伴う膨れを抑制するために、電解液に2−スルホ安息香酸無水物を含有させる技術が知られている(例えば、特許文献3,4参照)。
最近の電子機器では、高性能化および多機能化が益々進行する傾向にあるため、二次電池の充放電が頻繁に繰り返されることにより放電容量が低下しやすい傾向にある。しかも、CPU(central processing unit )に代表される電子部品の高性能化などの要因に伴って発熱量が益々増加する傾向にあるため、二次電池が高温雰囲気に晒されることにより膨れやすい傾向にある。このため、二次電池のサイクル特性および膨れ特性に関してより一層の向上が望まれている。 In recent electronic devices, high performance and multi-functionality tend to progress more and more, and therefore, the discharge capacity tends to decrease due to frequent charge and discharge of the secondary battery. In addition, the amount of heat generation tends to increase with factors such as higher performance of electronic components typified by CPU (central processing unit), so that secondary batteries tend to swell when exposed to high-temperature atmospheres. is there. For this reason, further improvement is desired regarding the cycle characteristics and swelling characteristics of the secondary battery.
しかしながら、従来の二次電池では、未だ十分なサイクル特性および膨れ特性が得られないという問題があった。 However, the conventional secondary battery still has a problem that sufficient cycle characteristics and swelling characteristics cannot be obtained.
具体的には、特許文献2の技術では、溶媒として、炭酸エチレンと、炭酸プロピレンと、炭酸ジエチルとを1:1:1の体積比で混合させた混合溶媒を用いているため、十分なサイクル特性が得られない。なぜなら、溶媒中における炭酸ジエチルの比率(体積比で33%、重量比で28%)が小さいからである。また、炭酸ジエチルは炭酸ジメチルや炭酸エチルメチルと比較して高粘度であるため、負極活物質層を厚くした場合に電解液が含浸しにくいからである。 Specifically, in the technique of Patent Document 2, since a mixed solvent in which ethylene carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 1: 1 is used as the solvent, a sufficient cycle is achieved. Characteristics are not obtained. This is because the ratio of diethyl carbonate in the solvent (33% by volume and 28% by weight) is small. Further, since diethyl carbonate has a higher viscosity than dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, the electrolyte solution is less likely to be impregnated when the anode active material layer is thickened.
特許文献3の技術では、溶媒として鎖状炭酸エステルなどの低粘度溶媒を用いていないため、常温で固体の炭酸エチレンと共に常温で液体の炭酸プロピレンやγ−ブチロラクトンを用いる場合に、溶媒中における炭酸プロピレンやγ−ブチロラクトンの比率が大きくなるように電解液の組成を設定する必要がある。ところが、炭酸プロピレンやγ−ブチロラクトンは黒鉛と反応しやすいため、負極材料として黒鉛を用いた場合には、上記した組成の電解液を用いることができない。 In the technique of Patent Document 3, since a low-viscosity solvent such as a chain carbonate is not used as a solvent, when using propylene carbonate or γ-butyrolactone that is liquid at room temperature together with ethylene carbonate that is solid at room temperature, carbonic acid in the solvent is used. It is necessary to set the composition of the electrolyte so that the ratio of propylene and γ-butyrolactone is increased. However, since propylene carbonate and γ-butyrolactone easily react with graphite, when graphite is used as the negative electrode material, the electrolytic solution having the above composition cannot be used.
特許文献4の技術では、溶媒として、炭酸エチレンと、炭酸ジメチルと、炭酸エチルメチルとを1:1:1の重量比で混合させた混合溶媒を用いているため、電解液に2−スルホ安息香酸無水物を含有させたとしても、膨れを十分に抑えることが困難である。なぜなら、炭酸ジメチルや炭酸エチルメチルは高温下において膨れを助長させる性質を有するからである。 In the technique of Patent Document 4, since a mixed solvent in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate are mixed at a weight ratio of 1: 1: 1 is used as the solvent, 2-sulfobenzoate is used as the electrolyte. Even if an acid anhydride is contained, it is difficult to sufficiently suppress swelling. This is because dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate have the property of promoting swelling at high temperatures.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、サイクル特性を確保しつつ、膨れ特性を改善することが可能な電解質および電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an electrolyte and a battery that can improve the swollenness characteristics while ensuring the cycle characteristics.
本発明の電解質は、溶媒と、電解質塩とを含み、溶媒が、炭酸エチレンと、炭酸ジエチルと、化1および化2で表されるスルホン化合物のうちの少なくとも1種とを含有し、溶媒中における炭酸ジエチルの含有量が30重量%以上80重量%以下の範囲内であると共に、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量が0.1重量%以上1重量%以下の範囲内であるものである。
本発明の電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであり、電解質が、溶媒と、電解質塩とを含み、溶媒が、炭酸エチレンと、炭酸ジエチルと、化3および化4で表されるスルホン化合物のうちの少なくとも1種とを含有し、溶媒中における炭酸ジエチルの含有量が30重量%以上80重量%以下の範囲内であると共に、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量が0.1重量%以上1重量%以下の範囲内であるものである。
本発明の電解質によれば、炭酸エチレンおよび炭酸ジエチルと共に化1あるいは化2に示したスルホン化合物のうちの少なくとも1種を含み、溶媒中における炭酸ジエチルの含有量が30重量%以上80重量%以下の範囲内であると共にスルホン化合物の含有量が0.1重量%以上1重量%以下の範囲内であるので、十分なイオン伝導性が得られると共に、分解反応が十分に抑制される。これにより、本発明の電解質を用いた電池では、サイクル特性を確保しつつ、膨れ特性を改善することができる。 According to the electrolyte of the present invention, it contains at least one of the sulfone compounds shown in Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 together with ethylene carbonate and diethyl carbonate, and the content of diethyl carbonate in the solvent is 30 wt% or more and 80 wt% or less. And the content of the sulfone compound is in the range of 0.1% by weight or more and 1% by weight or less, so that sufficient ion conductivity is obtained and the decomposition reaction is sufficiently suppressed. Thereby, in the battery using the electrolyte of the present invention, the swollenness characteristics can be improved while ensuring the cycle characteristics.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の一実施の形態に係る電解質は、電池などの電気化学デバイスに用いられるものであり、溶媒と、電解質塩とを含んでいる。これらの溶媒および電解質塩を含む電解質は、液状の電解質(いわゆる電解液)である。 An electrolyte according to an embodiment of the present invention is used for an electrochemical device such as a battery, and includes a solvent and an electrolyte salt. The electrolyte containing these solvent and electrolyte salt is a liquid electrolyte (so-called electrolytic solution).
溶媒は、炭酸エチレンと、炭酸ジエチルと、化5および化6で表されるスルホン化合物のうちの少なくとも1種とを含んでいる。溶媒中における炭酸ジエチルの含有量は30重量%以上80重量%以下の範囲内であり、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量は0.1重量%以上1重量%以下の範囲内である。なお、化5および化6に示したX(ハロゲン)としては、例えば、フッ素(F)、塩素(Cl)あるいは臭素(Br)などが挙げられる。 The solvent contains ethylene carbonate, diethyl carbonate, and at least one of the sulfone compounds represented by Chemical formula 5 and Chemical formula 6. The content of diethyl carbonate in the solvent is in the range of 30 wt% to 80 wt%, and the content of the sulfone compound in the solvent is in the range of 0.1 wt% to 1 wt%. Examples of X (halogen) shown in Chemical formula 5 and Chemical formula 6 include fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), and the like.
溶媒が炭酸エチレンおよび炭酸ジエチルを含んでいるのは、高粘度(高誘電率)溶媒(炭酸エチレン)と低粘度溶媒(炭酸ジエチル)とを併用することにより、電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するため、十分なイオン伝導性が得られるからである。また、溶媒中における炭酸ジエチルの含有量が上記した範囲内であるのは、電解質を用いた電気化学デバイスのサイクル特性および膨れ特性に寄与する炭酸ジエチルの含有量が適正化されるため、放電容量が低下しにくくなると共に、電気化学デバイスが膨れにくくなるからである。これにより、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られる。 Solvents contain ethylene carbonate and diethyl carbonate because dissociation of electrolyte salt and ion transfer can be achieved by using a high viscosity (high dielectric constant) solvent (ethylene carbonate) and a low viscosity solvent (diethyl carbonate) in combination. This is because sufficient ion conductivity can be obtained because the degree is improved. In addition, the content of diethyl carbonate in the solvent is within the above-mentioned range because the content of diethyl carbonate that contributes to the cycle characteristics and swelling characteristics of the electrochemical device using the electrolyte is optimized. It is because it becomes difficult to fall and an electrochemical device becomes difficult to swell. Thereby, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.
また、溶媒がスルホン化合物を含んでいるのは、電解質の分解反応が抑制され、その電解質が電気化学的に安定化するからである。これにより、放電容量の低下傾向が抑制されつつ、電気化学デバイスがより膨れにくくなる。また、溶媒中におけるスルホン化合物の含有量が上記した範囲内であるのは、上記した炭酸エチレンおよび炭酸ジエチルの場合と同様に、スルホン化合物の含有量が適正化されるため、放電容量が低下しにくくなると共に、電気化学デバイスが膨れにくくなるからである。 The reason why the solvent contains the sulfone compound is that the decomposition reaction of the electrolyte is suppressed and the electrolyte is electrochemically stabilized. Thereby, the tendency for the discharge capacity to decrease is suppressed, and the electrochemical device is less likely to swell. In addition, the content of the sulfone compound in the solvent is within the above-described range, as in the case of the above-described ethylene carbonate and diethyl carbonate, because the content of the sulfone compound is optimized, so that the discharge capacity is reduced. It is because it becomes difficult and an electrochemical device becomes difficult to swell.
化5に示したスルホン化合物としては、例えば、2−スルホプロピオン酸無水物 などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。 Examples of the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 include 2-sulfopropionic anhydride. These may be used alone or in combination of two or more.
化6に示したスルホン化合物としては、例えば、化7で表される2−スルホ安息香酸無水物が挙げられる。この他、化6に示したスルホン化合物としては、例えば、4−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、4,5−ジフルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、6−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、3,4,5,6−テトラフルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、3−メチル−2−スルホ安息香酸無水物、3−エチル−2−スルホ安息香酸無水物、3,6−ジメチル−2−スルホ安息香酸無水物、3,4−ジメチル−2−スルホ安息香酸無水物あるいは3,5−ジメチル−2−スルホ安息香酸無水物なども挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、化6に示したスルホン化合物は、2−スルホ安息香酸無水物を含んでいるのが好ましい。十分な効果が得られるからである。 Examples of the sulfone compound shown in Chemical Formula 6 include 2-sulfobenzoic anhydride represented by Chemical Formula 7. Other examples of the sulfone compound shown in Chemical Formula 6 include 4-fluoro-2-sulfobenzoic anhydride, 4,5-difluoro-2-sulfobenzoic anhydride, and 6-fluoro-2-sulfobenzoic acid. Anhydride, 3,4,5,6-tetrafluoro-2-sulfobenzoic anhydride, 3-methyl-2-sulfobenzoic anhydride, 3-ethyl-2-sulfobenzoic anhydride, 3,6- Examples thereof include dimethyl-2-sulfobenzoic anhydride, 3,4-dimethyl-2-sulfobenzoic anhydride, and 3,5-dimethyl-2-sulfobenzoic anhydride. These may be used alone or in combination of two or more. Especially, it is preferable that the sulfone compound shown in Chemical formula 6 contains 2-sulfobenzoic anhydride. This is because a sufficient effect can be obtained.
なお、化5あるいは化6に示した構造を有していれば、スルホン化合物が上記した一連の化合物に限定されないことは言うまでもない。 Needless to say, the sulfone compound is not limited to the series of compounds described above as long as it has the structure shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6.
溶媒は、さらに、低粘度溶媒である炭酸ジメチルあるいは炭酸エチルメチルを含んでいてもよい。溶媒中における炭酸ジメチルの含有量は5重量%以上35重量%以下の範囲内であり、溶媒中における炭酸エチルメチルの含有量は5重量%以上50重量%以下の範囲内であるのが好ましい。この場合には、溶媒が、炭酸ジメチルあるいは炭酸エチルメチルのいずれか一方のみを含んでいてもよいし、双方を含んでいてもよい。溶媒が炭酸ジメチルあるいは炭酸エチルメチルを含むのは、電気化学デバイスの膨れ傾向が抑制されつつ、放電容量がより低下しにくくなるからである。また、溶媒中における炭酸ジメチルあるいは炭酸エチルメチルの含有量が上記した範囲内であるのは、上記した炭酸エチレンおよび炭酸ジエチルの場合と同様に、炭酸ジメチルあるいは炭酸エチルメチルの含有量が適正化されるため、放電容量が低下しにくくなると共に、電気化学デバイスが膨れにくくなるからである。これにより、膨れ特性がほぼ維持されたまま、サイクル特性が向上する。 The solvent may further contain dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate which is a low viscosity solvent. The content of dimethyl carbonate in the solvent is preferably in the range of 5% by weight to 35% by weight, and the content of ethyl methyl carbonate in the solvent is preferably in the range of 5% by weight to 50% by weight. In this case, the solvent may contain only one of dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate, or may contain both. The reason why the solvent contains dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate is that the tendency of the electrochemical device to swell is suppressed, and the discharge capacity is less likely to decrease. In addition, the content of dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate in the solvent is within the above range, as in the case of ethylene carbonate and diethyl carbonate described above, the content of dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate is optimized. For this reason, the discharge capacity is less likely to decrease, and the electrochemical device is less likely to swell. As a result, the cycle characteristics are improved while the swelling characteristics are substantially maintained.
また、溶媒は、さらに、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含んでいるのが好ましい。電気化学デバイスの容量特性が向上するからである。これにより、サイクル特性が向上する。この不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ビニレンあるいは炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。 The solvent preferably further contains a cyclic ester carbonate having an unsaturated bond. This is because the capacity characteristics of the electrochemical device are improved. Thereby, cycle characteristics are improved. Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond include vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate. These may be used alone or in combination of two or more.
なお、溶媒は、例えば、上記した一連の溶媒と共に、他の溶媒を含んでいてもよい。この他の溶媒としては、例えば、有機溶剤などの非水溶媒が挙げられる。具体的には、高粘度溶媒として、例えば、炭酸プロピンあるいは炭酸ブチレンなどの環状炭酸エステルや、γ−ブチロラクトンあるいはγ−バレロラクトンなどのラクトンや、N−メチルピロリドンなどのラクタムや、N−メチルオキサゾリジノンなどの環状カルバミン酸エステルや、テトラメチレンスルホンなどのスルホン化合物が挙げられる。また、低粘度溶媒として、例えば、炭酸メチルプロピルなどの鎖状炭酸エステルや、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、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルあるいはトリメチル酢酸エチルなどの鎖状カルボン酸エステルや、N,N‘−ジメチルアセトアミドなどの鎖状アミドや、N,N‘−ジエチルカルバミン酸メチルあるいはN,N’−ジエチルカルバミン酸エチルなどの鎖状カルバミン酸エステルや、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランあるいは1,3−ジオキソランなどのエーテルが挙げられる。電解質を用いた電気化学デバイスにおいて、優れた容量特性およびサイクル特性が得られるからである。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも溶媒は、炭酸プロピレンを含んでいるのが好ましい。電気化学デバイスが膨れにくくなるため、膨れ特性が改善されるからである。 In addition, the solvent may contain the other solvent with the above-mentioned series of solvents, for example. Examples of other solvents include non-aqueous solvents such as organic solvents. Specifically, examples of the high-viscosity solvent include cyclic carbonates such as propyne carbonate and butylene carbonate, lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone, lactams such as N-methylpyrrolidone, and N-methyloxazolidinone. And a sulfone compound such as tetramethylene sulfone. Examples of the low-viscosity solvent include chain carbonates such as methylpropyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate, and ethyl trimethylacetate. A chain carboxylic acid ester, a chain amide such as N, N′-dimethylacetamide, a chain carbamic acid ester such as methyl N, N′-diethylcarbamate or ethyl N, N′-diethylcarbamate, , 2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran or ether such as 1,3-dioxolane. This is because, in an electrochemical device using an electrolyte, excellent capacity characteristics and cycle characteristics can be obtained. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, the solvent preferably contains propylene carbonate. This is because the swelling characteristics are improved because the electrochemical device is less likely to swell.
この他の溶媒としては、特に、ハロゲンを構成元素として有する鎖状炭酸エステルおよびハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルからなる群のうちの少なくとも1種が好ましい。サイクル特性がより向上するからである。 The other solvent is preferably at least one selected from the group consisting of a chain carbonate having halogen as a constituent element and a cyclic carbonate having halogen as a constituent element. This is because the cycle characteristics are further improved.
ハロゲンを構成元素として有する鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどがあげられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。 Examples of the chain carbonate having halogen as a constituent element include fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
ハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルとしては、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、ハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルとしては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましく、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンがより好ましい。容易に入手可能であると共に、より高い効果が得られるからである。特に、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとしては、より高い効果を得るために、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。 Examples of the cyclic carbonate having a halogen as a constituent element include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-difluoro-1, Examples include 3-dioxolan-2-one and 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferable as the cyclic carbonate having halogen as a constituent element, and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is more preferable. This is because they are easily available and higher effects can be obtained. In particular, as 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, a trans isomer is preferable to a cis isomer in order to obtain a higher effect.
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩を含んでいる。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、六フッ化アンチモン酸リチウム(LiSbF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4 )あるいは四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4)などの無機酸リチウム塩や、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド、リチウムビス(ペンタフルオロメタンスルホン)メチドあるいはリチウムトリス(トリフルオロメタンスルホン)メチドなどのパーフルオロアルカンスルホン酸誘導体のリチウム塩が挙げられる。電解質を用いた電気化学デバイスにおいて、優れた容量特性およびサイクル特性が得られるからである。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、電解質塩は、六フッ化リン酸リチウムを含んでいるのが好ましい。内部抵抗が低下するため、容量特性およびサイクル特性がより向上するからである。 The electrolyte salt includes, for example, a light metal salt such as a lithium salt. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6), lithium hexafluoro antimonate (LiSbF 6 ), Lithium lithium perchlorate (LiClO 4 ) or lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate, lithium bis (trifluoromethanesulfone) imide, lithium bis (pentafluoromethanesulfone) And lithium salts of perfluoroalkanesulfonic acid derivatives such as methide or lithium tris (trifluoromethanesulfone) methide. This is because, in an electrochemical device using an electrolyte, excellent capacity characteristics and cycle characteristics can be obtained. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, the electrolyte salt preferably contains lithium hexafluorophosphate. This is because the internal resistance is lowered and the capacity characteristics and cycle characteristics are further improved.
電解質塩の含有量は、例えば、溶媒に対して0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下の範囲内であるのが好ましい。この範囲外ではイオン伝導性が極端に低下するため、容量特性などが十分に得られないおそれがあるからである。 The content of the electrolyte salt is preferably in the range of 0.3 mol / kg to 3.0 mol / kg with respect to the solvent, for example. Outside this range, the ionic conductivity is extremely lowered, so that there is a possibility that sufficient capacity characteristics and the like may not be obtained.
この電解質は、さらに、上記した溶媒および電解質塩(いわゆる電解液)を保持する高分子化合物を含んでいてもよい。これらの溶媒および電解質塩と共に高分子化合物を含む電解質は、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に電解質を用いた電気化学デバイスにおいて漏液が防止されるので好ましい。この場合における溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。したがって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。 The electrolyte may further contain a polymer compound that holds the above-described solvent and electrolyte salt (so-called electrolytic solution). An electrolyte containing a polymer compound together with these solvent and electrolyte salt is a so-called gel electrolyte. A gel electrolyte is preferable because high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained and leakage is prevented in an electrochemical device using the electrolyte. The solvent in this case is not only a liquid solvent but also a broad concept including those having ionic conductivity capable of dissociating electrolyte salts. Accordingly, when a polymer compound having ion conductivity is used, the polymer compound is also included in the solvent.
高分子化合物としては、例えば、化8で表される構成単位を有するポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体などが挙げられる。酸化還元安定性が高いからである。 Examples of the polymer compound include a polymer of vinylidene fluoride such as polyvinylidene fluoride having a structural unit represented by Chemical formula 8, and a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene. This is because the redox stability is high.
また、高分子化合物としては、重合性化合物が重合されることにより形成されたものも挙げられる。重合性化合物としては、例えば、ビニル基あるいはその一部の水素をメチル基などの置換基で置換した基を含有するものが挙げられる。具体的には、アクリル酸エステルなどの単官能アクリレート、メタクリル酸エステルなどの単官能メタクリレート、ジアクリル酸エステルあるいはトリアクリル酸エステルなどの多官能アクリレートや、ジメタクリル酸エステルあるいはトリメタクリル酸エステルなどの多官能メタクリレートや、アクリロニトリルや、メタクリロニトリルなどがあり、中でも、アクリレート基あるいはメタクリレート基を有するエステルが好ましい。重合が進行しやすく、重合性化合物の反応率が高いからである。また、重合性化合物としては、エーテル基を含まないものが好ましい。エーテル基が存在すると、エーテル基にリチウムイオンが配位することによりイオン伝導率が低下してしまうからである。このような高分子化合物としては、例えば、化9に示した構成単位を有するポリアクリル酸エステルが挙げられる。 Examples of the polymer compound include those formed by polymerizing a polymerizable compound. Examples of the polymerizable compound include those containing a vinyl group or a group obtained by substituting a part of hydrogen with a substituent such as a methyl group. Specifically, monofunctional acrylates such as acrylic acid esters, monofunctional methacrylates such as methacrylic acid esters, polyfunctional acrylates such as diacrylic acid esters or triacrylic acid esters, and polyfunctional acrylates such as dimethacrylic acid esters or trimethacrylic acid esters. There are functional methacrylate, acrylonitrile, methacrylonitrile, and the like. Among them, ester having acrylate group or methacrylate group is preferable. This is because the polymerization proceeds easily and the reaction rate of the polymerizable compound is high. Moreover, as a polymeric compound, what does not contain an ether group is preferable. This is because, when an ether group is present, lithium ions are coordinated to the ether group, resulting in a decrease in ionic conductivity. As such a polymer compound, for example, a polyacrylic acid ester having the structural unit shown in Chemical Formula 9 can be given.
重合性化合物は、いずれか1種を単独で用いてもよいが、単官能体と多官能体とを混合するか、または、多官能体を単独あるいは2種類以上を混合して用いることが望ましい。このように構成することにより、重合して形成された高分子化合物の機械的強度と、電解液保持性とを両立させやすくなるからである。 Any one of the polymerizable compounds may be used alone, but it is desirable to mix a monofunctional compound and a polyfunctional compound, or to use a polyfunctional compound singly or in combination of two or more. . This is because such a configuration makes it easy to achieve both the mechanical strength of the polymer compound formed by polymerization and the electrolyte solution retention.
さらに、高分子化合物としては、化10に示した構成単位を有するポリビニルホルマールを有するものも好ましい。ポリビニルホルマールは、アセタール基を構成単位として有する高分子化合物である。 Furthermore, as a high molecular compound, what has polyvinyl formal which has the structural unit shown to Chemical formula 10 is also preferable. Polyvinyl formal is a polymer compound having an acetal group as a structural unit.
ポリビニルホルマールにおけるアセタール基の割合は60mol%以上80mol%以下の範囲内であることが好ましい。この範囲内において溶媒との溶解性を向上させることができると共に、電解質の安定性をより高めることができるからである。また、ポリビニルホルマールの重量平均分子量は、10000以上500000以下の範囲内であることが好ましい。分子量が低すぎると重合反応が進行しにくく、高すぎると電解液の粘度が上昇してしまうからである。 The proportion of acetal groups in the polyvinyl formal is preferably in the range of 60 mol% or more and 80 mol% or less. This is because the solubility with the solvent can be improved within this range, and the stability of the electrolyte can be further increased. Moreover, it is preferable that the weight average molecular weight of polyvinyl formal exists in the range of 10,000 or more and 500,000 or less. This is because if the molecular weight is too low, the polymerization reaction does not proceed easily, and if it is too high, the viscosity of the electrolytic solution increases.
上記した高分子化合物は、単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられる共重合体でもよい。また、架橋剤により重合したものでもよい。 The above-described polymer compound may be used alone or may be a copolymer used by mixing a plurality of types. Moreover, what was polymerized with the crosslinking agent may be used.
この電解質によれば、溶媒が、炭酸エチレンおよび炭酸ジエチルと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物のうちの少なくとも1種を含有し、溶媒中における炭酸ジエチルの含有量が30重量%以上80重量%以下の範囲内であると共に溶媒中におけるスルホン化合物の含有量が0.1重量%以上1重量%以下の範囲内であるので、十分なイオン伝導性が得られると共に、分解反応が十分に抑制される。したがって、電解質を用いた電気化学デバイスにおいて、サイクル特性を確保しつつ、膨れ特性を改善することができる。 According to this electrolyte, the solvent contains at least one of the sulfone compounds shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with ethylene carbonate and diethyl carbonate, and the content of diethyl carbonate in the solvent is 30% by weight or more and 80% by weight. %, And the content of the sulfone compound in the solvent is in the range of 0.1% by weight or more and 1% by weight or less, so that sufficient ion conductivity is obtained and the decomposition reaction is sufficiently suppressed. Is done. Therefore, in the electrochemical device using the electrolyte, the swollenness characteristics can be improved while ensuring the cycle characteristics.
この場合には、溶媒がさらに炭酸ジメチルを含み、溶媒中における炭酸ジメチルの含有量が5重量%以上35重量%以下の範囲内であり、あるいは溶媒がさらに炭酸エチルメチルを含み、溶媒中における炭酸エチルメチルの含有量が5重量%以上50重量%以下の範囲内であれば、膨れ特性をほぼ維持したまま、サイクル特性を向上させることができる。また、溶媒がさらに不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含んでいれば、サイクル特性をより向上させることができる。 In this case, the solvent further contains dimethyl carbonate, and the content of dimethyl carbonate in the solvent is in the range of 5 wt% to 35 wt%, or the solvent further contains ethyl methyl carbonate, and the carbonic acid in the solvent If the ethylmethyl content is in the range of 5 wt% or more and 50 wt% or less, the cycle characteristics can be improved while the swelling characteristics are substantially maintained. Moreover, if the solvent further contains a cyclic carbonate having an unsaturated bond, the cycle characteristics can be further improved.
次に、上記した電解質の使用例について説明する。ここで、電気化学デバイスの一例として電池を挙げると、電解質は以下のようにして電池に用いられる。 Next, usage examples of the above-described electrolyte will be described. Here, when a battery is given as an example of an electrochemical device, the electrolyte is used in the battery as follows.
(第1の電池)
図1は第1の電池の分解斜視構成、図2は図1に示した電池の主要部のII−II線に沿った拡大断面構成をそれぞれ表している。第1の電池は、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表されるリチウムイオン二次電池であり、いわゆるラミネートフィルム型の二次電池である。この二次電池は、正極リード11および負極リード12が取り付けられた巻回電極体20をフィルム状の外装部材30の内部に収納したものである。
(First battery)
1 shows an exploded perspective configuration of the first battery, and FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional configuration along the line II-II of the main part of the battery shown in FIG. The first battery is a lithium ion secondary battery in which the capacity of the
正極リード11および負極リード12は、例えば、外装部材30の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード11は、例えば、アルミニウム(Al)などの金属材料により構成されており、負極リード12は、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)あるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されている。これらは、例えば、薄板状または網目状の構造を有している。
For example, the
外装部材30は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。この外装部材30は、例えば、ポリエチレンフィルムが巻回電極体20に対向するように、2枚の矩形型のアルミラミネートフィルムの外縁同士が融着あるいは接着剤によって互いに密着された構造を有している。
The
外装部材30と正極リード11および負極リード12との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム31が挿入されている。この密着フィルム31は、正極リード11および負極リード12に対して密着性を有する材料により構成されている。この種の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。
An
なお、外装部材30は、上記したアルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムにより構成されていてもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムや金属フィルムにより構成されていてもよい。
In addition, the
巻回電極体20は、正極21および負極22がセパレータ23および電解質24を介して積層されたのちに巻回されたものである。
The
正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの片面あるいは両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウムなどの金属材料により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤および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 active material layer 21B is provided on one or both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal material such as aluminum. The positive electrode active material layer 21B includes, for example, any one or more of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as an electrode reactant as a positive electrode active material. An agent and a binder may be included.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムあるいはこれらを含む固溶体(Li(Nip Coq Mnr )O2))(p,qおよびrの値はそれぞれ0<p<1,0<q<1,0<r<1,p+q+r=1である。)、またはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム(LiMn2 O4 )あるいはその固溶体(Li(Mn2-z Niz )O4 :zの値はz<2である。)などのリチウム複合酸化物や、リン酸鉄リチウム(LiFePO4 )などのオリビン構造を有するリン酸化合物が好ましい。高いエネルギー密度を得ることができるからである。また、他のリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物や、二硫化鉄、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物や、硫黄や、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。 As a cathode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide or a solid solution containing them (Li (Ni p Co q Mn r) O 2)) (p, of q and r The values are respectively 0 <p <1, 0 <q <1, 0 <r <1, p + q + r = 1), or lithium manganate having a spinel structure (LiMn 2 O 4 ) or its solid solution (Li (Mn 2-z Ni z ) O 4 : The value of z is z <2.) Or a phosphate compound having an olivine structure such as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is preferable. This is because a high energy density can be obtained. Other positive electrode materials that can occlude and release lithium include, for example, oxides such as titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide, and disulfides such as iron disulfide, titanium disulfide, and molybdenum sulfide. And conductive polymers such as sulfur, polyaniline or polythiophene.
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの片面あるいは両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極集電体22Aは、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。
The
負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤および結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、黒鉛、易黒鉛化炭素あるいは難黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。炭素材料は、リチウムの吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少ないため、例えば、その他の負極材料と共に用いることにより、高エネルギー密度を得ることができると共に優れたサイクル特性を得ることができる上、さらに導電剤としても機能するので好ましい。 The negative electrode active material layer 22B includes, for example, any one or more of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium, which is an electrode reactant, as a negative electrode active material. An agent and a binder may be included. Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include carbon materials such as graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon. Since the carbon material has very little change in crystal structure due to insertion and extraction of lithium, for example, when used with other negative electrode materials, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. In addition, it also functions as a conductive agent, which is preferable.
また、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料が挙げられる。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。この負極材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またはこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 In addition, as a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a material that can store and release lithium and includes at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element is used. Can be mentioned. Use of such a negative electrode material is preferable because a high energy density can be obtained. This negative electrode material may be a single element or an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. This structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or a mixture of two or more of them.
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)などが挙げられる。このうち、特に好ましいのは、スズおよびケイ素のうちの少なくとも1種である。リチウムを吸蔵および放出する能力が特に大きく、高いエネルギー密度が得られるからである。 Examples of the metal element or metalloid element constituting the negative electrode material include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi) ), Cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) or platinum (Pt). Among these, at least one of tin and silicon is particularly preferable. This is because the ability to occlude and release lithium is particularly large, and a high energy density can be obtained.
スズおよびケイ素のうちの少なくとも1種を含む負極材料としては、具体的には、スズの単体、合金、あるいは化合物、またはケイ素の単体、合金、あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛、インジウム、銀、チタン(Ti)、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As the negative electrode material containing at least one of tin and silicon, specifically, a simple substance, an alloy, or a compound of tin, a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, or one or more of these Examples thereof include materials having a phase at least partially. Examples of the tin alloy include, as the second constituent element other than tin, silicon, nickel, copper, iron, cobalt (Co), manganese (Mn), zinc, indium, silver, titanium (Ti), germanium, and bismuth. And at least one selected from the group consisting of antimony (Sb) and chromium (Cr). As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, among the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, among the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned. As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, among the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin compound or silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.
中でも、この負極材料としては、例えば、スズを第1の構成元素とし、そのスズに加えて第2の構成元素と第3の構成元素とを含むものが好ましい。第2の構成元素は、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム(V)、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀、インジウム、セリウム(Ce)、ハフニウム、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマスおよびケイ素からなる群のうちの少なくとも1種である。第3の構成元素は、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリン(P)からなる群のうちの少なくとも1種である。第2の元素および第3の元素を含むことにより、サイクル特性が向上するからである。 Among these, as the negative electrode material, for example, a material containing tin as the first constituent element and containing the second constituent element and the third constituent element in addition to the tin is preferable. The second constituent element is cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium (V), chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium (Nb), molybdenum (Mo), silver, indium, cerium ( Ce), hafnium, tantalum (Ta), tungsten (W), bismuth and silicon. The third constituent element is at least one selected from the group consisting of boron, carbon, aluminum, and phosphorus (P). This is because the cycle characteristics are improved by including the second element and the third element.
中でも、負極材料としては、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下の範囲内、スズおよびコバルトの合計に対するコバルトの割合(Co/(Sn+Co))が30質量%以上70質量%以下の範囲内であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られると共に優れたサイクル特性が得られるからである。 Among them, as the negative electrode material, tin, cobalt, and carbon are included as constituent elements, and the carbon content is in the range of 9.9 mass% to 29.7 mass%, and the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt (Co A CoSnC-containing material in which / (Sn + Co)) is in the range of 30% by mass to 70% by mass is preferable. This is because in such a composition range, a high energy density is obtained and an excellent cycle characteristic is obtained.
このCoSnC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えばケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムあるいはビスマスなどが好ましく、それらの2種以上を含んでいてもよい。容量あるいはサイクル特性がさらに向上するからである。 This CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, bismuth, and the like are preferable, and two or more of them may be included. This is because the capacity or cycle characteristics are further improved.
なお、CoSnC含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、CoSnC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下は、スズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集または結晶化が抑制されるからである。 The CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In the CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon that is a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element that is another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to aggregation or crystallization of tin or the like, but this aggregation or crystallization is suppressed when carbon is combined with other elements.
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。このXPSでは、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、グラファイトであれば、炭素の1s軌道(C1s)のピークは284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば、炭素が金属元素あるいは半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、CoSnC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、CoSnC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合している。 As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In this XPS, in the apparatus calibrated so that the 4f orbit (Au4f) peak of gold atom is obtained at 84.0 eV, the peak of 1s orbit (C1s) of carbon appears at 284.5 eV in the case of graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element is high, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the peak of C1s appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.
なお、XPSでは、例えば、スペクトルのエネルギー軸の補正に、C1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPSにおいて、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとCoSnC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、CoSnC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In XPS, for example, the peak of C1s is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In XPS, the waveform of the C1s peak is obtained as a form including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material. For example, by analyzing using commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
また、その他にリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物あるいは高分子化合物なども挙げられる。金属酸化物としては、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどが挙げられ、高分子化合物としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 In addition, examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include metal oxides and polymer compounds capable of inserting and extracting lithium. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyaniline, polythiophene, and polypyrrole.
導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックあるいはケチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。 Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black. These may be used alone or in combination of two or more. Note that the conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.
結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。 Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be used alone or in combination of two or more.
この二次電池では、正極活物質と負極活物質との間で量を調整することにより、正極活物質による充電容量よりも負極活物質の充電容量の方が大きくなっている。これにより、完全充電時においても負極22にリチウム金属が析出しないようになっている。
In this secondary battery, the charge capacity of the negative electrode active material is larger than the charge capacity of the positive electrode active material by adjusting the amount between the positive electrode active material and the negative electrode active material. This prevents lithium metal from being deposited on the
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものであり、正極21と負極22とにより挟まれている。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the
電解質24は、上記した構成を有する本発明の電解質であり、正極21とセパレータ23との間および負極22とセパレータ23との間に設けられている。この電解質24は、溶媒および電解質塩を含む液状の電解質(いわゆる電解液)であってもよいし、溶媒および電解質塩と共にそれらを保持する高分子化合物を含むゲル状の電解質であってもよい。
The
ゲル状の電解質24を備えた二次電池は、例えば、以下の3種類の製造方法によって製造することができる。
The secondary battery provided with the
第1の製造方法では、まず、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bを形成することにより、正極21を作製する。この正極活物質層21Bを形成する際には、正極活物質の粉末と、導電剤と、結着剤とを混合した正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させることによりペースト状の正極合剤スラリーとし、その正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布して乾燥させたのちに圧縮成型する。また、例えば、正極21と同様の手順にしたがって負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bを形成することにより、負極22を作製する。
In the first manufacturing method, first, the positive electrode 21 is manufactured by forming the positive electrode active material layers 21B on both surfaces of the positive electrode current collector 21A. When forming the positive electrode active material layer 21B, a positive electrode mixture obtained by mixing a powder of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. A paste-like positive electrode mixture slurry is formed, and the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A and dried, followed by compression molding. For example, the
続いて、電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製し、正極21および負極22に塗布したのちに溶剤を揮発させることにより、ゲル状の電解質24を形成する。続いて、正極集電体21Aおよび負極集電体22Aにそれぞれ正極リード11および負極リード12を取り付ける。続いて、電解質24が設けられた正極21および負極22をセパレータ23を介して積層させたのちに長手方向に巻回し、その最外周部に保護テープ25を接着させることにより、巻回電極体20を形成する。続いて、例えば、2枚のフィルム状の外装部材30の間に巻回電極体20を挟み込んだのち、その外装部材30の外縁部同士を熱融着などで接着させることにより巻回電極体20を封入する。その際、正極リード11および負極リード12と外装部材30との間に、密着フィルム31を挿入する。これにより、図1および図2に示した二次電池が完成する。
Subsequently, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a solvent is prepared, applied to the positive electrode 21 and the
第2の製造方法では、まず、正極21および負極22にそれぞれ正極リード11および負極リード12を取り付けたのち、正極21および負極22をセパレータ23を介して積層して巻回させると共に最外周部に保護テープ25を接着させることにより、巻回電極体20の前駆体である巻回体を形成する。続いて、2枚のフィルム状の外装部材30の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させることにより袋状の外装部材30の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製し、袋状の外装部材30の内部に注入したのち、外装部材30の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル状の電解質24を形成する。これにより、図1および図2に示した二次電池が完成する。
In the second manufacturing method, first, the
第3の製造方法では、まず、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ23を用いることを除き、上記した第1の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材30の内部に収納する。このセパレータ23に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体(PVDF−HFP)、あるいはフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体(PVDF−HFP−CTFE)などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種あるいは2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材30の内部に注入したのち、その外装部材30の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材30に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ23を正極21および負極22に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質24が形成されるため、図1および図2に示した二次電池が完成する。この第3の製造方法では、第1の製造方法と比較して、膨れ特性が改善される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法と比較して、高分子化合物の原料であるモノマーや溶媒などが電解質24中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御されるため、正極21、負極22およびセパレータ23と電解質24との間において十分な密着性が得られる。
In the third manufacturing method, first, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as in the first manufacturing method described above except that the separator 23 coated with the polymer compound on both sides is used. Store inside. Examples of the polymer compound applied to the separator 23 include a polymer containing vinylidene fluoride as a component, that is, a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer. Specifically, a binary copolymer (PVDF-HFP) containing polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, or vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. And a terpolymer (PVDF-HFP-CTFE). In addition, the high molecular compound may contain the other 1 type, or 2 or more types of high molecular compound with the polymer which uses the above-mentioned vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解質24を経由して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、負極22からリチウムイオンが放出され、電解質24を経由して正極21に吸蔵される。
In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 21 and inserted into the
この二次電池によれば、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表される場合に、電解質24として本発明の電解質を備えているので、サイクル特性を確保しつつ、膨れ特性を改善することができる。
According to this secondary battery, when the capacity of the
次に、第2および第3の電池の形態を説明するが、第1の電池と共通の構成要素については、同一符号を付して、その説明は省略する。 Next, although the form of the 2nd and 3rd battery is demonstrated, about the same component as a 1st battery, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
(第2の電池)
第2の電池は、負極22の構成が異なる点を除き、第1の電池と同様の構成、作用および効果を有していると共に同様の手順により製造される。
(Second battery)
The second battery has the same configuration, operation and effect as the first battery except that the configuration of the
負極22は、第1の電池と同様に、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。負極活物質層22Bは、例えば、ケイ素あるいはスズを構成元素として含む負極活物質を含有している。ケイ素およびスズはリチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができる。特に、ケイ素は理論容量がより大きいので好ましい。具体的には、例えば、ケイ素の単体、合金あるいは化合物、またはスズの単体、合金あるいは化合物を含有しており、それらの2種以上を含有していてもよい。
The
この負極活物質層22Bは、例えば、気相法、液相法、溶射法あるいは焼成法、またはそれらの2種以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに拡散し、あるいは負極活物質層22Bの構成元素が負極集電体22Aに拡散し、またはそれらの構成元素が互いに拡散し合っていることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張および収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。
The negative electrode active material layer 22B is formed using, for example, a vapor phase method, a liquid phase method, a thermal spraying method, a firing method, or two or more of these methods. The
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法、具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition )法あるいはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合して溶剤に分散させることにより塗布したのち、結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が挙げられる。 As the vapor phase method, for example, physical deposition method or chemical deposition method, specifically, vacuum vapor deposition method, sputtering method, ion plating method, laser ablation method, thermal chemical vapor deposition (CVD; Chemical Vapor Deposition) Or plasma chemical vapor deposition. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder and dispersed in a solvent and then heat treated at a temperature higher than the melting point of the binder. A known method can also be used for the firing method, for example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, or a hot press firing method.
(第3の電池)
第3の電池は、負極22の容量がリチウムの析出および溶解に基づく容量成分により表されるものであり、いわゆるリチウム金属二次電池である。この二次電池は、負極活物質層22Bがリチウム金属により構成されている点を除き、第1の電池と同様の構成を有していると共に同様の手順により製造される。
(Third battery)
The third battery is a so-called lithium metal secondary battery in which the capacity of the
この二次電池は、負極活物質としてリチウム金属を用いており、これにより高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。負極活物質層22Bは、組み立て時から既に有するようにしてもよいが、組み立て時には存在せず、充電時に析出したリチウム金属により構成されるようにしてもよい。また、負極活物質層22Bを集電体としても利用することにより、負極集電体22Aを省略するようにしてもよい。
This secondary battery uses lithium metal as a negative electrode active material, and can thereby obtain a high energy density. The negative electrode active material layer 22B may already be provided from the time of assembly, but may not be present at the time of assembly, and may be composed of lithium metal deposited during charging. Further, the negative electrode
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、負極集電体22Aの表面にリチウム金属となって析出する。一方、放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、正極21に吸蔵される。
In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 21 and deposited as lithium metal on the surface of the negative electrode
この二次電池によれば、負極の容量がリチウムの析出および溶解に基づく容量成分により表される場合に、電解質24として本発明の電解質を備えているので、サイクル特性を確保しつつ、膨れ特性を改善することができる。
According to this secondary battery, when the capacity of the negative electrode is expressed by a capacity component based on the precipitation and dissolution of lithium, the electrolyte of the present invention is provided as the
本発明の実施例について詳細に説明する。 Examples of the present invention will be described in detail.
(実施例1−1)
上記した第1の電池について説明した第3の製造方法により、図1および図2に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。この際、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表されるリチウムイオン二次電池となるようにした。
(Example 1-1)
The laminated film type secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 was produced by the third manufacturing method described for the first battery. At this time, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the
まず、正極21を作製した。すなわち、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合したのち、空気中において900℃で5時間焼成することにより、リチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。続いて、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物94質量部と、導電剤としてグラファイト3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させることにより、ペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、アルミニウム箔(20μm厚)からなる正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、正極活物質層21Bを形成した。この際、片面当たりの正極活物質層21Bの密度が40mg/cm2となるようにした。最後に、幅50mm×長さ300nmとなるように帯状に切断した。こののち、正極集電体21Aの一端に、アルミニウム製の正極リード11を溶接して取り付けた。
First, the positive electrode 21 was produced. That is, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a molar ratio of 0.5: 1 and then calcined in air at 900 ° C. for 5 hours. The product (LiCoO 2 ) was obtained. Subsequently, 94 parts by mass of a lithium / cobalt composite oxide 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 were mixed to form a positive electrode mixture. -A paste-like positive electrode mixture slurry was prepared by dispersing in methyl-2-pyrrolidone. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 21A made of aluminum foil (20 μm thick) and dried, and then the positive electrode active material layer 21B was formed by compression molding with a roll press machine. Formed. At this time, the density of the positive electrode active material layer 21B per one side was set to 40 mg / cm 2 . Finally, it was cut into a strip shape so that the width was 50 mm and the length was 300 nm. After that, the
続いて、負極22を作製した。すなわち、負極活物質として黒鉛粉末97質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して負極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させることにより、ペースト状の負極合剤スラリーとした。続いて、銅箔(15μm厚)からなる負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、負極活物質層22Bを形成した。この際、片面当たりの負極活物質層22Bの密度が20mg/cm2となるようにした。最後に、幅50mm×長さ300mmとなるように帯状に切断した。こののち、負極集電体22Aの一端に、ニッケル製の負極リード12を溶接して取り付けた。
Subsequently, the
続いて、正極21と、高分子化合物としてポリフッ化ビニリデンが両面に塗布された微多孔性のポリエチレンフィルム(7μm厚)からなるセパレータ23と、負極22とをこの順に積層して長手方向に渦巻状に多数回巻回させたのち、粘着テープからなる保護テープ25で巻き終わり部分を固定することにより、巻回電極体20の前駆体である巻回体を形成した。この際、セパレータ23の片面側における高分子化合物の厚さが2μmとなるようにした。続いて、外側から、ナイロン(30μm厚)と、アルミニウム(40μm厚)と、無延伸ポリプロピレン(30μm)とが積層された3層構成(総厚100μm)のラミネートフィルムからなる外装部材30の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外縁部同士を熱融着することにより、袋状の外装部材30の内部に巻回体を収納した。続いて、外装部材30の開口部を通じて内部に液状の電解質(電解液)を注入したのち、真空雰囲気中において外装部材30の開口部を熱融着して封止した。
Subsequently, the positive electrode 21, the separator 23 made of a microporous polyethylene film (7 μm thickness) coated with polyvinylidene fluoride as a polymer compound on both sides, and the
電解液としては、溶媒として、炭酸エチレン(EC)と、炭酸ジエチル(DEC)と、不飽和結合を有する環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC)と、化5あるいは化6に示したスルホン化合物である2−スルホ安息香酸無水物(SBAH)とを混合した混合溶媒を用い、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を用いた。この際、混合溶媒の組成比を重量比でEC:DEC:VC:SBAH=69:30:0.5:0.5とした。また、電解液の組成を重量比で混合溶媒:電解質塩=86:14とした。 As an electrolytic solution, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), which is a cyclic carbonate having an unsaturated bond, and a sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 are used as solvents. A mixed solvent mixed with a certain 2-sulfobenzoic anhydride (SBAH) was used, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was used as an electrolyte salt. At this time, the composition ratio of the mixed solvent was EC: DEC: VC: SBAH = 69: 30: 0.5: 0.5 by weight. The composition of the electrolytic solution was mixed solvent: electrolyte salt = 86: 14 by weight ratio.
最後に、外装部材30を鉄板で挟んで加重をかけながら70℃で3分間に渡って加熱し、セパレータ23に塗布された高分子化合物をゲル化して電解質24を形成することにより、ラミネートフィルム型の二次電池が完成した。この二次電池の容量は、700mAhである。
Finally, the
(実施例1−2〜1−4)
溶媒の組成比(EC:DEC:VC:SBAH)を重量比で39:60:0.5:0.5(実施例1−2)、29:70:0.5:0.5(実施例1−3)、19:80:0.5:0.5(実施例1−4)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 1-2 to 1-4)
The composition ratio of the solvent (EC: DEC: VC: SBAH) was 39: 60: 0.5: 0.5 (Example 1-2) and 29: 70: 0.5: 0.5 (Example) by weight ratio. 1-3), 19: 80: 0.5: 0.5 (Example 1-4), except that the procedure was the same as Example 1-1.
(実施例1−5)
溶媒にVCを含有させず、その溶媒の組成比(EC:DEC:VC:SBAH)を重量比で39.5:60:0:0.5としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Example 1-5)
VC is not contained in the solvent, and the composition ratio of the solvent (EC: DEC: VC: SBAH) is the same as that of Example 1-1 except that the weight ratio is 39.5: 60: 0: 0.5. I went through the procedure.
(比較例1−1,1−2)
溶媒の組成比(EC:DEC:VC:SBAH)を重量比で74:25:0.5:0.5(比較例1−1)、14:85:0.5:0.5(比較例1−2)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 1-1 and 1-2)
The composition ratio of the solvent (EC: DEC: VC: SBAH) was 74: 25: 0.5: 0.5 (Comparative Example 1-1) by weight ratio, 14: 85: 0.5: 0.5 (Comparative Example). Except for 1-2), the same procedure as in Example 1-1 was performed.
これらの実施例1−1〜1−5および比較例1−1,1−2の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表1に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-5 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 were examined, the results shown in Table 1 were obtained.
膨れ特性を調べる際には、以下の手順によって二次電池を高温保存することにより、膨れを求めた。まず、23℃の雰囲気中において二次電池の厚さを測定した。続いて、充電電流700mAで上限電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vの定電圧で充電開始からの時間が3時間となるまで充電した。続いて、充電状態のままで90℃の恒温槽内に4時間保存したのち、再び二次電池の厚さを測定した。最後に、保存後の厚さから保存前の厚さを差し引くことにより、厚さの変化量として膨れ(mm)を算出した。なお、膨れ特性を評価する際には、評価基準を0.6mm以下、好ましくは0.5mm以下とした。 When examining the swollenness characteristics, the swollenness was determined by storing the secondary battery at a high temperature according to the following procedure. First, the thickness of the secondary battery was measured in an atmosphere at 23 ° C. Subsequently, the battery was charged to an upper limit voltage of 4.2 V at a charging current of 700 mA, and further charged at a constant voltage of 4.2 V until the time from the start of charging was 3 hours. Then, after storing for 4 hours in a 90 degreeC thermostat with a charge condition, the thickness of the secondary battery was measured again. Finally, the swelling (mm) was calculated as the amount of change in thickness by subtracting the thickness before storage from the thickness after storage. In evaluating the swelling characteristics, the evaluation standard was set to 0.6 mm or less, preferably 0.5 mm or less.
サイクル特性を調べる際には、以下の手順によって二次電池を繰り返し充放電させることにより、放電容量維持率を求めた。まず、23℃の雰囲気中において充放電させることにより、1サイクル目の放電容量を測定した。続いて、充放電の合計回数が300回となるまで充放電を繰り返すことにより、300サイクル目の放電容量を測定した。最後に、放電容量維持率(%)=(300サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100を算出した。1サイクルの充電条件は、膨れ特性を調べた場合と同様とし、1サイクルの放電条件としては、放電電流700mAで終止電圧3.0Vまで放電した。なお、サイクル特性を評価する際には、評価基準を50%以上、好ましくは60%以上とした。 When examining the cycle characteristics, the secondary battery was repeatedly charged and discharged by the following procedure to obtain the discharge capacity retention rate. First, the discharge capacity at the first cycle was measured by charging and discharging in an atmosphere at 23 ° C. Subsequently, the discharge capacity at the 300th cycle was measured by repeating charge and discharge until the total number of charge and discharge was 300 times. Finally, discharge capacity retention ratio (%) = (discharge capacity at the 300th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100 was calculated. The charge condition for one cycle was the same as the case where the swelling characteristics were examined, and the discharge condition for one cycle was a discharge current of 700 mA and a discharge voltage of 3.0 V. In evaluating the cycle characteristics, the evaluation criterion was set to 50% or more, preferably 60% or more.
上記した膨れ特性およびサイクル特性を調べる際の手順、条件および評価基準等は、以降の一連の実施例および比較例に関する同特性の評価についても同様である。 The procedures, conditions, evaluation criteria, and the like for examining the above-described swelling characteristics and cycle characteristics are the same for the evaluation of the same characteristics regarding the series of examples and comparative examples.
表1に示したように、実施例1−1〜1−4および比較例1−2,1−2の結果を見ると、溶媒中におけるDECの含有量が増加するにしたがって、膨れは次第に減少し、放電容量維持率は増加したのちに減少した。この場合には、DECの含有量が25重量%である比較例1−1および85重量%である比較例1−2では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たしたが、放電容量維持率が大幅に減少して評価基準(50%以上)を満たさなかった。これに対して、DECの含有量が30重量%、60重量%、70重量%および80重量%である実施例1−1〜1−4では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たし、放電容量維持率も評価基準(50%以上)を満たした。このことから、電解質が溶媒としてEC、DECおよびVCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池では、溶媒中におけるDECの含有量を30重量%以上80重量%以下の範囲内とすることにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 1, when the results of Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Examples 1-2 and 1-2 are seen, blistering gradually decreases as the content of DEC in the solvent increases. However, the discharge capacity retention rate increased and then decreased. In this case, in Comparative Example 1-1 in which the content of DEC is 25% by weight and Comparative Example 1-2 in which the content of DEC is 85% by weight, the swelling satisfies the evaluation criteria (0.6 mm or less). The maintenance rate decreased significantly and did not meet the evaluation criteria (50% or more). On the other hand, in Examples 1-1 to 1-4 in which the content of DEC is 30% by weight, 60% by weight, 70% by weight, and 80% by weight, the swelling satisfies the evaluation standard (0.6 mm or less). The discharge capacity retention rate also satisfied the evaluation criteria (50% or more). Therefore, in the secondary battery containing the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC and VC as a solvent, the content of DEC in the solvent is in the range of 30 wt% to 80 wt%. As a result, it was confirmed that the cycle characteristics were secured and the swelling characteristics were improved.
また、溶媒がVCを含む実施例1−2では、VCを含まない実施例1−5と比較して、膨れがほぼ維持されたまま、放電容量維持率が増加した。このことから、電解質が溶媒として不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含むことにより、サイクル特性が向上することが確認された。 Moreover, in Example 1-2 in which the solvent contains VC, the discharge capacity maintenance rate increased while the swelling was substantially maintained as compared with Example 1-5 in which VC was not included. From this, it was confirmed that the cycle characteristics were improved when the electrolyte contained a cyclic carbonate having an unsaturated bond as a solvent.
(実施例2−1,2−2)
溶媒中におけるSBAHの含有量を0.1重量%(実施例2−1)、1重量%(実施例2−2)とし、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例1−3と同様の手順を経た。
(Examples 2-1 and 2-2)
Example 1 except that the content of SBAH in the solvent was 0.1% by weight (Example 2-1) and 1% by weight (Example 2-2), and the EC content was adjusted accordingly. The same procedure as in -3 was performed.
(比較例2−1〜2−4)
溶媒にSBAHを含有させず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例1−1〜1−4と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 2-1 to 2-4)
The same procedure as in Examples 1-1 to 1-4 was performed, except that SBAH was not contained in the solvent and the EC content was adjusted accordingly.
これらの実施例2−1,2−2および比較例2−1〜2−4の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表2に示した結果が得られた。なお、表2には、実施例1−1〜1−4の諸特性も併せて示した。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Examples 2-1 to 2-4 were examined, the results shown in Table 2 were obtained. In Table 2, various characteristics of Examples 1-1 to 1-4 are also shown.
表2に示したように、溶媒がSBAHを含む実施例1−1〜1−4では、SBAHを含まない比較例2−1〜2−4と比較して、膨れが大幅に減少した。しかも、実施例1−1〜1−4では、比較例2−1〜2−4と比較して、放電容量維持率が僅かに減少しただけであり、その放電容量維持率はほぼ同等であった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DECおよびVCを含む二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 2, in Examples 1-1 to 1-4 in which the solvent contains SBAH, blistering was significantly reduced as compared with Comparative Examples 2-1 to 2-4 not containing SBAH. In addition, in Examples 1-1 to 1-4, the discharge capacity retention rate was slightly decreased as compared with Comparative Examples 2-1 to 2-4, and the discharge capacity retention rate was substantially the same. It was. Therefore, in a secondary battery in which the electrolyte contains EC, DEC, and VC as solvents, the solvent includes the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6, thereby ensuring cycle characteristics and improving swelling characteristics. It was confirmed that
また、SBAHの含有量が0.1重量%である実施例2−1、0.5重量%である実施例1−3および1重量%である実施例2−2では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たし、特に0.5mm以下に達したと共に、放電容量維持率も評価基準(50%以上)を満たした。この場合には、SBAHの含有量が増加するにしたがって、膨れが減少すると共に放電容量維持率も減少する傾向が見られた。このことから、電解質が溶媒としてEC、DECおよびVCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池において、サイクル特性を確保しつつ膨れ特性を改善するためには、スルホン化合物の含有量を0.1重量%以上1重量%以下の範囲内にすればよいことが確認された。 Further, in Example 2-1 in which the content of SBAH is 0.1% by weight, Example 1-3 in which the content is 0.5% by weight, and Example 2-2 in which the content is 1% by weight, swelling is evaluated as a criterion ( 0.6 mm or less), particularly 0.5 mm or less, and the discharge capacity maintenance rate also satisfies the evaluation criteria (50% or more). In this case, as the SBAH content increased, the swelling decreased and the discharge capacity retention rate tended to decrease. Therefore, in order to improve the swelling characteristics while ensuring the cycle characteristics in the secondary battery containing the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC and VC as a solvent, the electrolyte contains It was confirmed that the amount should be in the range of 0.1 wt% to 1 wt%.
(実施例3−1〜3−8)
溶媒に炭酸ジメチル(DMC)を加え、溶媒の組成比(EC:DEC:DMC:VC:SBAH)を重量比で39:55:5:0.5:0.5(実施例3−1)、29:65:5:0.5:0.5(実施例3−2)、19:75:5:0.5:0.5(実施例3−3)、39:30:30:0.5:0.5(実施例3−4)、29:40:30:0.5:0.5(実施例3−5)、19:50:30:0.5:0.5(実施例3−6)、29:35:35:0.5:0.5(実施例3−7)、19:45:35:0.5:0.5(実施例3−8)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 3-1 to 3-8)
Dimethyl carbonate (DMC) was added to the solvent, and the solvent composition ratio (EC: DEC: DMC: VC: SBAH) was 39: 55: 5: 0.5: 0.5 (Example 3-1) by weight ratio, 29: 65: 5: 0.5: 0.5 (Example 3-2), 19: 75: 5: 0.5: 0.5 (Example 3-3), 39: 30: 30: 0. 5: 0.5 (Example 3-4), 29: 40: 30: 0.5: 0.5 (Example 3-5), 19: 50: 30: 0.5: 0.5 (Example) 3-6), 29: 35: 35: 0.5: 0.5 (Example 3-7), 19: 45: 35: 0.5: 0.5 (Example 3-8). Except for this, the same procedure as in Example 1-1 was performed.
(比較例3−1〜3−6)
溶媒にSBAHを含有させず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例3−1〜3−6と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 3-1 to 3-6)
The same procedure as in Examples 3-1 to 3-6 was performed, except that SBAH was not contained in the solvent and the EC content was adjusted accordingly.
(実施例3−7)
溶媒中におけるDECの含有量を25重量%とし、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例3−7,3−8と同様の手順を経た。
(Example 3-7)
The same procedure as in Examples 3-7 and 3-8 was performed, except that the content of DEC in the solvent was 25% by weight and the content of EC was adjusted accordingly.
これらの実施例3−1〜3−8および比較例3−1〜3−7の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表3に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 3-1 to 3-8 and Comparative examples 3-1 to 3-7 were examined, the results shown in Table 3 were obtained.
表3に示したように、溶媒がSBAHを含む実施例3−1〜3−6では、SBAHを含まない比較例3−1〜3−6と比較して、膨れが大幅に減少したと共に、放電容量維持率がほぼ同等であった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、DMCおよびVCを含む二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 3, in Examples 3-1 to 3-6 in which the solvent contains SBAH, as compared with Comparative Examples 3-1 to 3-6 not containing SBAH, the blistering was greatly reduced. The discharge capacity retention rate was almost the same. Therefore, in the secondary battery in which the electrolyte contains EC, DEC, DMC and VC as the solvent, the solvent contains the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6, so that the cycle characteristics are secured and the swelling characteristics are improved. It was confirmed that it improved.
また、DMCの含有量が5重量%である実施例3−1〜3−3、30重量%である実施例3−4〜3−6および35重量%である実施例3−7,3−8では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たしたと共に、放電容量維持率も評価基準(50%以上)を満たし、特に60%以上に達した。この場合には、DMCの含有量が増加するにしたがって、膨れが増加すると共に放電容量維持率も増加する傾向が見られた。なお、溶媒がDMCおよびSBAHを含んでいるものの、DECの含有量が25重量%である比較例3−7では、放電容量維持率が評価基準を満たしたが、膨れは評価基準を満たさなかった。この比較例3−7における膨れの増加は、DMCの含有量が多すぎると共にDECの含有量が少なすぎるため、膨れが顕著化したことを表している。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、DMCおよびVCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池において、サイクル特性を確保しつつ膨れ特性を改善するためには、DMCの含有量を5重量%以上35重量%以下の範囲内にすればよいことが確認された。 Further, Examples 3-1 to 3-3 having a DMC content of 5% by weight, Examples 3-4 to 3-6 having 30% by weight, and Examples 3-7 and 3- In No. 8, the swelling satisfied the evaluation criterion (0.6 mm or less), and the discharge capacity maintenance rate also satisfied the evaluation criterion (50% or more), and particularly reached 60% or more. In this case, as the DMC content increased, the swelling increased and the discharge capacity retention rate tended to increase. In addition, although the solvent contains DMC and SBAH, in Comparative Example 3-7 in which the content of DEC is 25% by weight, the discharge capacity retention rate satisfied the evaluation criterion, but the swelling did not satisfy the evaluation criterion. . The increase in blistering in Comparative Example 3-7 indicates that blistering has become prominent because the DMC content is too high and the DEC content is too low. From this, in order to improve the swelling characteristics while ensuring the cycle characteristics in the secondary battery containing the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC, DMC and VC as the solvent, It was confirmed that the content should be in the range of 5 wt% to 35 wt%.
特に、溶媒がDMCを含まない実施例1−2〜1−4と、その実施例1−2〜1−4におけるDECの一部をDMCに置き換えた実施例3−1〜3−3とを比較すると、膨れは前者よりも後者において僅かに増加しただけであり、その膨れはほぼ同等であったが、放電容量維持率は前者よりも後者において大幅に増加した。このことから、溶媒がDMCを含むことにより、膨れ特性がほぼ維持されたままサイクル特性が向上することが確認された。 In particular, Examples 1-2 to 1-4 in which the solvent does not contain DMC, and Examples 3-1 to 3-3 in which a part of DEC in Examples 1-2 to 1-4 is replaced with DMC. In comparison, the bulge increased only slightly in the latter than the former, and the bulges were almost the same, but the discharge capacity maintenance rate increased significantly in the latter than in the former. From this, it was confirmed that when the solvent contains DMC, the cycle characteristics are improved while the swelling characteristics are substantially maintained.
(実施例4−1〜4−6)
溶媒に炭酸エチルメチル(EMC)を加え、溶媒の組成比(EC:DEC:EMC:VC:SBAH)を重量比で39:55:5:0.5:0.5(実施例4−1)、29:65:5:0.5:0.5(実施例4−2)、19:75:5:0.5:0.5(実施例4−3)、39:30:30:0.5:0.5(実施例4−4)、29:30:40:0.5:0.5(実施例4−5)、19:30:50:0.5:0.5(実施例4−6)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 4-1 to 4-6)
Ethyl methyl carbonate (EMC) was added to the solvent, and the composition ratio of the solvent (EC: DEC: EMC: VC: SBAH) was 39: 55: 5: 0.5: 0.5 by weight ratio (Example 4-1). 29: 65: 5: 0.5: 0.5 (Example 4-2), 19: 75: 5: 0.5: 0.5 (Example 4-3), 39: 30: 30: 0 5: 0.5 (Example 4-4), 29: 30: 40: 0.5: 0.5 (Example 4-5), 19: 30: 50: 0.5: 0.5 (implementation) A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that Example 4-6) was adopted.
(比較例4−1〜4−6)
溶媒にSBAHを含有させず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例4−1〜4−6と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 4-1 to 4-6)
The same procedure as in Examples 4-1 to 4-6 was performed except that SBAH was not contained in the solvent and the EC content was adjusted accordingly.
(比較例4−7〜4−9)
溶媒中におけるDECの含有量を25重量%とし、それに伴ってEMCの含有量を調整したことを除き、実施例4−1〜4−3と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 4-7 to 4-9)
The same procedure as in Examples 4-1 to 4-3 was performed except that the content of DEC in the solvent was 25% by weight and the content of EMC was adjusted accordingly.
これらの実施例4−1〜4−6および比較例4−1〜4−9の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表4に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 4-1 to 4-6 and Comparative Examples 4-1 to 4-9 were examined, the results shown in Table 4 were obtained.
表4に示したように、溶媒がSBAHを含む実施例4−1〜4−6では、SBAHを含まない比較例4−1〜4−6と比較して、膨れが大幅に減少したと共に、放電容量維持率がほぼ同等であった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、EMCおよびVCを含む二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 4, in Examples 4-1 to 4-6 in which the solvent contains SBAH, as compared with Comparative Examples 4-1 to 4-6 that does not contain SBAH, the blistering was significantly reduced. The discharge capacity retention rate was almost the same. From this, in the secondary battery in which the electrolyte contains EC, DEC, EMC and VC as the solvent, the solvent contains the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6, thereby ensuring cycle characteristics and swelling characteristics. It was confirmed that it improved.
また、EMCの含有量が5重量%である実施例4−1〜4−3、30重量%である実施例4−4、40重量%である実施例4−5および50重量%である実施例4−6では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たし、特に0.5mm以下に達したと共に、放電容量維持率も評価基準(50%以上)を満たし、特に60%以上に達した。この場合には、EMCの含有量が増加するにしたがって、膨れが増加する一方で放電容量維持率が増加したのち減少する傾向が見られた。なお、溶媒がEMCおよびSBAHを含んでいるものの、DECの含有量が25重量%である比較例4−7〜4−9では、放電容量維持率が60%以上に達したが、膨れは0.5mm以下に達しなかった。この比較例4−7〜4−9における膨れの増加は、EMCの含有量が大きすぎると共にDECの含有量が少なすぎるため、膨れが顕著化したことを表している。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、EMCおよびVCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池において、サイクル特性を確保しつつ膨れ特性を改善するためには、そのEMCの含有量を5重量%以上50重量%以下の範囲内にすればよいことが確認された。 Further, Examples 4-1 to 4-3 having an EMC content of 5% by weight, Examples 4-4 having 30% by weight, Examples 4-5 having 40% by weight, and Examples having 50% by weight In Example 4-6, the swelling satisfies the evaluation criteria (0.6 mm or less), particularly 0.5 mm or less, and the discharge capacity maintenance rate also satisfies the evaluation criteria (50% or more), particularly 60% or more. did. In this case, as the EMC content increased, the swelling increased while the discharge capacity retention rate increased and then decreased. In Comparative Examples 4-7 to 4-9, in which the solvent contains EMC and SBAH, but the DEC content is 25% by weight, the discharge capacity retention rate reached 60% or more, but the swelling was 0. It did not reach below 5mm. The increase in blisters in Comparative Examples 4-7 to 4-9 indicates that blistering has become prominent because the EMC content is too large and the DEC content is too small. From this, in order to improve the swelling characteristics while ensuring the cycle characteristics in the secondary battery containing the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC, EMC and VC as the solvent, the EMC is used. It has been confirmed that the content of C should be in the range of 5 wt% to 50 wt%.
特に、溶媒がEMCを含まない実施例1−2〜1−4と、その実施例1−2〜1−4におけるDECの一部をEMCに置き換えた実施例4−1〜4−3とを比較すると、膨れは前者と後者との間においてほぼ同等であったが、放電容量維持率は前者よりも後者において著しく増加した。このことから、溶媒がEMCを含むことにより、膨れ特性がほぼ維持されたままサイクル特性が向上することが確認された。 In particular, Examples 1-2 to 1-4 in which the solvent does not contain EMC and Examples 4-1 to 4-3 in which a part of DEC in Examples 1-2 to 1-4 was replaced with EMC were used. In comparison, the swelling was almost the same between the former and the latter, but the discharge capacity retention rate was significantly increased in the latter than in the former. From this, it was confirmed that when the solvent contains EMC, the cycle characteristics are improved while the swelling characteristics are substantially maintained.
また、溶媒がDMCを含む実施例3−1〜3−3と、そのDMCに代えてEMCを含む実施例4−1〜4−3とを比較すると、膨れは前者よりも後者において減少したが、放電容量維持率は後者よりも前者において増加した。このことから、DMCおよびEMCを比較すると、膨れ特性を改善する上ではEMCが有利であり、サイクル特性を向上させる上ではDMCが有利であることが確認された。 In addition, when Examples 3-1 to 3-3 in which the solvent contains DMC and Examples 4-1 to 4-3 in which EMC was used instead of DMC were compared, swelling was reduced in the latter than in the former. The discharge capacity retention rate increased in the former than in the latter. From this, it was confirmed that when DMC and EMC were compared, EMC was advantageous for improving the swelling characteristics and DMC was advantageous for improving the cycle characteristics.
(実施例5−1〜5−5)
溶媒にDMCおよびEMCを加え、溶媒の組成比(EC:DEC:DMC:EMC:VC:SBAH)を重量比で39:50:5:5:0.5:0.5(実施例5−1)、29:60:5:5:0.5:0.5(実施例5−2)、19:70:5:5:0.5:0.5(実施例5−3)、29:30:20:20:0.5:0.5(実施例5−4)、19:30:25:25:0.5:0.5(実施例5−5)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 5-1 to 5-5)
DMC and EMC were added to the solvent, and the composition ratio of the solvent (EC: DEC: DMC: EMC: VC: SBAH) was 39: 50: 5: 5: 0.5: 0.5 by weight (Example 5-1 ), 29: 60: 5: 5: 0.5: 0.5 (Example 5-2), 19: 70: 5: 5: 0.5: 0.5 (Example 5-3), 29: 30: 20: 20: 0.5: 0.5 (Example 5-4), 19: 30: 25: 25: 0.5: 0.5 (Example 5-5) The same procedure as in Example 1-1 was performed.
(比較例5−1〜5−5)
溶媒にSBAHを含有させず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例5−1〜5−5と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 5-1 to 5-5)
The same procedure as in Examples 5-1 to 5-5 was performed, except that SBAH was not contained in the solvent and the EC content was adjusted accordingly.
(比較例5−6〜5−9)
溶媒中におけるDECの含有量を25重量%とし、それに伴ってDMCおよびEMCの含有量を調整したことを除き、実施例5−1〜5−7と同様の手順を経た。この場合には、溶媒の組成比(EC:DEC:DMC:EMC:VC:SBAH)を重量比で39:25:30:5:0.5:0.5(比較例5−6)、39:25:5:30:0.5:0.5(比較例5−7)、29:25:5:40:0.5:0.5(比較例5−8)、19:25:5:50:0.5:0.5(比較例5−9)とした。
(Comparative Examples 5-6 to 5-9)
The same procedure as in Examples 5-1 to 5-7 was performed, except that the content of DEC in the solvent was 25% by weight and the contents of DMC and EMC were adjusted accordingly. In this case, the solvent composition ratio (EC: DEC: DMC: EMC: VC: SBAH) was 39: 25: 30: 5: 0.5: 0.5 (Comparative Example 5-6) by weight ratio, 39 : 25: 5: 30: 0.5: 0.5 (Comparative Example 5-7), 29: 25: 5: 40: 0.5: 0.5 (Comparative Example 5-8), 19: 25: 5 : 50: 0.5: 0.5 (Comparative Example 5-9).
これらの実施例5−1〜5−5および比較例5−1〜5−9の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表5に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 5-1 to 5-5 and Comparative Examples 5-1 to 5-9 were examined, the results shown in Table 5 were obtained.
表5に示したように、溶媒がSBAHを含む実施例5−1〜5−5では、SBAHを含まない比較例5−1〜5−5と比較して、膨れが大幅に減少したと共に、放電容量維持率がほぼ同等であった。この場合には、膨れが0.5mm以下に達したと共に、放電容量維持率が60%以上に達した。なお、溶媒がDMC、EMCおよびSBAHを含んでいるものの、DECの含有量が25重量%である比較例5−6〜5−9では、放電容量維持率が60%以上に達したが、膨れは0.5mm以下に達しなかった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、DMC、EMCおよびVCを含む電解質を用いた二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 5, in Examples 5-1 to 5-5 in which the solvent contains SBAH, as compared with Comparative Examples 5-1 to 5-5 that does not contain SBAH, the blistering was significantly reduced. The discharge capacity retention rate was almost the same. In this case, the swelling reached 0.5 mm or less, and the discharge capacity retention rate reached 60% or more. In Comparative Examples 5-6 to 5-9 in which the solvent contains DMC, EMC, and SBAH, but the DEC content is 25% by weight, the discharge capacity retention rate reached 60% or more, but the swelling Did not reach 0.5 mm or less. Therefore, in a secondary battery using an electrolyte containing EC, DEC, DMC, EMC and VC as a solvent, the cycle characteristics are secured by including the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6. It was confirmed that the swelling characteristics were improved as well.
(実施例6−1〜6−4)
溶媒に炭酸プロピレン(PC)を加え、溶媒の組成比(EC:DEC:VC:PC:SBAH)を重量比で59:30:0.5:10:0.5(実施例6−1)、29:60:0.5:10:0.5(実施例6−2)、19:70:0.5:10:0.5(実施例6−3)、9:80:0.5:10:0.5(実施例6−4)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 6-1 to 6-4)
Propylene carbonate (PC) was added to the solvent, and the composition ratio of the solvent (EC: DEC: VC: PC: SBAH) was 59: 30: 0.5: 10: 0.5 by weight ratio (Example 6-1), 29: 60: 0.5: 10: 0.5 (Example 6-2), 19: 70: 0.5: 10: 0.5 (Example 6-3), 9: 80: 0.5: The procedure was similar to that of Example 1-1 except that 10: 0.5 (Example 6-4).
(実施例6−5)
溶媒にPCを加える一方でVCを含有させず、その溶媒の組成比(EC:DEC:VC:PC:SBAH)を重量比で29.5:60:0:10:0.5としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Example 6-5)
While adding PC to the solvent, VC was not contained, and the composition ratio of the solvent (EC: DEC: VC: PC: SBAH) was 29.5: 60: 0: 10: 0.5 by weight ratio. Except for this, the same procedure as in Example 1-1 was performed.
(比較例6−1,6−2)
溶媒の組成比(EC:DEC:VC:PC:SBAH)を重量比で64:25:0.5:10:0.5(比較例6−1)、4:85:0.5:10:0.5(比較例6−2)としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 6-1 and 6-2)
The composition ratio of the solvent (EC: DEC: VC: PC: SBAH) was 64: 25: 0.5: 10: 0.5 (Comparative Example 6-1) by weight ratio, 4: 85: 0.5: 10: A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that 0.5 (Comparative Example 6-2) was used.
これらの実施例6−1〜6−5および比較例6−1,6−2の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表6に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 6-1 to 6-5 and Comparative Examples 6-1 and 6-2 were examined, the results shown in Table 6 were obtained.
表6に示したように、実施例6−1〜6−4および比較例6−1,6−2の結果を見ると、比較例6−1,6−2では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たしたが、放電容量維持率が大幅に減少して評価基準(50%以上)を満たさなかった。これに対して、実施例6−1〜6−4では、膨れが評価基準を満たし、放電容量維持率も評価基準を満たした。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、VCおよびPCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池では、溶媒中におけるDECの含有量を30重量%以上80重量%以下の範囲内とすることにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 6, when the results of Examples 6-1 to 6-4 and Comparative Examples 6-1 and 6-2 are seen, in Comparative Examples 6-1 and 6-2, swelling is evaluated as an evaluation criterion (0 0.6 mm or less), but the discharge capacity retention rate was significantly reduced and the evaluation criteria (50% or more) were not satisfied. On the other hand, in Examples 6-1 to 6-4, the swelling satisfied the evaluation criteria, and the discharge capacity retention rate also satisfied the evaluation criteria. Therefore, in the secondary battery in which the electrolyte includes the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC, VC and PC as a solvent, the content of DEC in the solvent is 30 wt% or more and 80 wt% or less. It was confirmed that by making it within the range, the cycle characteristics were ensured and the swollen characteristics were improved.
また、溶媒がVCを含む実施例6−2では、VCを含まない実施例6−5と比較して、膨れがほぼ維持されたまま、放電容量維持率が増加した。このことから、電解質が溶媒として不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含むことにより、サイクル特性が向上することが確認された。 Further, in Example 6-2 in which the solvent contains VC, the discharge capacity maintenance rate increased while the swelling was substantially maintained as compared with Example 6-5 in which VC was not included. From this, it was confirmed that the cycle characteristics were improved when the electrolyte contained a cyclic carbonate having an unsaturated bond as a solvent.
(実施例7−1,7−2)
溶媒中におけるSBAHの含有量を0.1重量%(実施例7−1)、1重量%(実施例7−2)とし、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例6−3と同様の手順を経た。
(Examples 7-1 and 7-2)
Example 6 except that the content of SBAH in the solvent was 0.1% by weight (Example 7-1) and 1% by weight (Example 7-2), and the EC content was adjusted accordingly. The same procedure as in -3 was performed.
(比較例7−1〜7−4)
溶媒にSBAHを含有させず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例6−1〜6−4と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 7-1 to 7-4)
The same procedure as in Examples 6-1 to 6-4 was performed except that SBAH was not contained in the solvent and the EC content was adjusted accordingly.
これらの実施例7−1,7−2および比較例7−1〜7−4の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表7に示した結果が得られた。なお、表7には、実施例6−1〜6−4の諸特性も併せて示した。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 7-1 and 7-2 and Comparative Examples 7-1 to 7-4 were examined, the results shown in Table 7 were obtained. Table 7 also shows various characteristics of Examples 6-1 to 6-4.
表7に示したように、実施例6−1〜6−4では、比較例7−1〜7−4と比較して、膨れが大幅に減少したと共に、放電容量維持率がほぼ同等であった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、VCおよびPCを含む二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 7, in Examples 6-1 to 6-4, as compared with Comparative Examples 7-1 to 7-4, the blistering was significantly reduced and the discharge capacity retention rate was substantially the same. It was. Therefore, in the secondary battery in which the electrolyte contains EC, DEC, VC, and PC as the solvent, the solvent includes the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6, so that the cycle characteristics are secured and the swelling characteristics are improved. It was confirmed that it improved.
また、実施例7−1,6−3,7−2では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たし、特に0.5mmに達したと共に、放電容量維持率も評価基準(50%以上)を満たした。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、VCおよびPCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池において、サイクル特性を確保しつつ膨れ特性を改善するためには、スルホン化合物の含有量を0.1重量%以上1重量%以下の範囲内にすればよいことが確認された。 Further, in Examples 7-1, 6-3, and 7-2, the swelling satisfied the evaluation standard (0.6 mm or less), particularly reached 0.5 mm, and the discharge capacity maintenance rate was also evaluated standard (50% or more). ) Therefore, in order to improve the swelling characteristics while securing the cycle characteristics in the secondary battery including the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC, VC and PC as the solvent, the sulfone compound It has been confirmed that the content of N should be in the range of 0.1 wt% to 1 wt%.
(実施例8−1〜8−8)
溶媒にDMCを加え、溶媒の組成比(EC:DEC:DMC:VC:PC:SBAH)を重量比で29:55:5:0.5:10:0.5(実施例8−1)、19:65:5:0.5:10:0.5(実施例8−2)、9:75:5:0.5:10:0.5(実施例8−3)、29:30:30:0.5:10:0.5(実施例8−4)、19:40:30:0.5:10:0.5(実施例8−5)、9:50:30:0.5:10:0.5(実施例8−6)、19:35:35:0.5:10:0.5(実施例8−7)、9:45:35:0.5:10:0.5(実施例8−8)としたことを除き、実施例6−1〜6−4と同様の手順を経た。
(Examples 8-1 to 8-8)
DMC was added to the solvent, and the composition ratio of the solvent (EC: DEC: DMC: VC: PC: SBAH) was 29: 55: 5: 0.5: 10: 0.5 by weight ratio (Example 8-1), 19: 65: 5: 0.5: 10: 0.5 (Example 8-2), 9: 75: 5: 0.5: 10: 0.5 (Example 8-3), 29:30: 30: 0.5: 10: 0.5 (Example 8-4), 19: 40: 30: 0.5: 10: 0.5 (Example 8-5), 9: 50: 30: 0. 5: 10: 0.5 (Example 8-6), 19: 35: 35: 0.5: 10: 0.5 (Example 8-7), 9: 45: 35: 0.5: 10: A procedure similar to that of Examples 6-1 to 6-4 was performed, except that the value was 0.5 (Example 8-8).
(比較例8−1〜8−6)
溶媒にSBAHを含有させず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例8−1〜8−6と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 8-1 to 8-6)
The same procedure as in Examples 8-1 to 8-6 was performed, except that SBAH was not contained in the solvent and the EC content was adjusted accordingly.
(比較例8−7)
溶媒中におけるDECの含有量を25重量%とし、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例8−7,8−8と同様の手順を経た。
(Comparative Example 8-7)
A procedure similar to that in Examples 8-7 and 8-8 was performed, except that the content of DEC in the solvent was 25% by weight and the EC content was adjusted accordingly.
これらの実施例8−1〜8−8および比較例8−1〜8−7の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表8に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 8-1 to 8-8 and Comparative Examples 8-1 to 8-7 were examined, the results shown in Table 8 were obtained.
表8に示したように、実施例8−1〜8−6では、比較例8−1〜8−6と比較して、膨れが大幅に減少したと共に、放電容量維持率がほぼ同等であった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、DMC、VCおよびPCを含む二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 8, in Examples 8-1 to 8-6, as compared with Comparative Examples 8-1 to 8-6, the blistering was significantly reduced and the discharge capacity maintenance ratio was substantially the same. It was. From this, in the secondary battery in which the electrolyte contains EC, DEC, DMC, VC and PC as a solvent, the solvent includes the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6, thereby ensuring cycle characteristics and swelling. It was confirmed that the characteristics were improved.
また、実施例8−1〜8−8では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たしたと共に、放電容量維持率も評価基準(50%以上)を満たし、特に60%以上に達した。なお、溶媒がDMCおよびSBAHを含んでいるものの、DECの含有量が25重量%である比較例8−7では、放電容量維持率が評価基準を満たしたが、膨れは評価基準を満たさなかった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、DMC、VCおよびPCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池において、サイクル特性を確保しつつ膨れ特性を改善するためには、DMCの含有量を5重量%以上35重量%以下の範囲内にすればよいことが確認された。 Further, in Examples 8-1 to 8-8, the swelling satisfied the evaluation criterion (0.6 mm or less), and the discharge capacity maintenance rate also satisfied the evaluation criterion (50% or more), and particularly reached 60% or more. . In addition, although the solvent contains DMC and SBAH, in Comparative Example 8-7 in which the content of DEC is 25% by weight, the discharge capacity retention rate satisfied the evaluation criterion, but the swelling did not satisfy the evaluation criterion. . From this, in order to improve the swelling characteristics while securing the cycle characteristics in the secondary battery containing the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC, DMC, VC and PC as the solvent, It was confirmed that the content of DMC should be in the range of 5 wt% to 35 wt%.
特に、溶媒がDMCを含まない実施例6−2〜6−4と、DMCを含む実施例8−1〜8−3とを比較すると、膨れは前者と後者との間においてほぼ同等であったが、放電容量維持率は前者よりも後者において著しく増加した。このことから、溶媒がDMCを含むことにより、膨れ特性がほぼ維持されたままサイクル特性が向上することが確認された。 In particular, when Examples 6-2 to 6-4 in which the solvent does not contain DMC and Examples 8-1 to 8-3 containing DMC were compared, the swelling was almost the same between the former and the latter. However, the discharge capacity retention rate was significantly increased in the latter than in the former. From this, it was confirmed that when the solvent contains DMC, the cycle characteristics are improved while the swelling characteristics are substantially maintained.
(実施例9−1〜9−6)
溶媒にEMCを加え、溶媒の組成比(EC:DEC:EMC:VC:PC:SBAH)を重量比で29:55:5:0.5:10:0.5(実施例9−1)、19:65:5:0.5:10:0.5(実施例9−2)、9:75:5:0.5:10:0.5(実施例9−3)、29:30:30:0.5:10:0.5(実施例9−4)、19:30:40:0.5:10:0.5(実施例9−5)、9:30:50:0.5:10:0.5(実施例9−6)としたことを除き、実施例6−1〜6−4と同様の手順を経た。
(Examples 9-1 to 9-6)
EMC was added to the solvent, and the composition ratio of the solvent (EC: DEC: EMC: VC: PC: SBAH) was 29: 55: 5: 0.5: 10: 0.5 by weight ratio (Example 9-1), 19: 65: 5: 0.5: 10: 0.5 (Example 9-2), 9: 75: 5: 0.5: 10: 0.5 (Example 9-3), 29:30: 30: 0.5: 10: 0.5 (Example 9-4), 19: 30: 40: 0.5: 10: 0.5 (Example 9-5), 9: 30: 50: 0. The same procedure as in Examples 6-1 to 6-4 was performed except that the ratio was 5: 10: 0.5 (Example 9-6).
(比較例9−1〜9−6)
溶媒にSBAHを含有差せず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例9−1〜9−6と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 9-1 to 9-6)
The same procedure as in Examples 9-1 to 9-6 was performed, except that the solvent did not contain SBAH and the EC content was adjusted accordingly.
(比較例9−7〜9−9)
溶媒中におけるDECの含有量を25重量%とし、それに伴ってEMCの含有量を調整したことを除き、実施例9−4〜9−6と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 9-7 to 9-9)
The same procedure as in Examples 9-4 to 9-6 was performed except that the content of DEC in the solvent was 25% by weight and the content of EMC was adjusted accordingly.
これらの実施例9−1〜9−6および比較例9−1〜9−9の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表9に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 9-1 to 9-6 and Comparative Examples 9-1 to 9-9 were examined, the results shown in Table 9 were obtained.
表9に示したように、実施例9−1〜9−6では、比較例9−1〜9−6と比較して、膨れが大幅に減少したと共に、放電容量維持率がほぼ同等であった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、EMC、VCおよびPCを含む二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 9, in Examples 9-1 to 9-6, as compared with Comparative Examples 9-1 to 9-6, the blistering was significantly reduced and the discharge capacity maintenance ratio was substantially the same. It was. From this, in the secondary battery in which the electrolyte contains EC, DEC, EMC, VC and PC as the solvent, the solvent includes the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6, so that the cycle characteristics are secured and the swelling is achieved. It was confirmed that the characteristics were improved.
また、実施例9−1〜9−6では、膨れが評価基準(0.6mm以下)を満たし、特に0.5mm以下に達したと共に、放電容量維持率が評価基準(50%以上)を満たし、特に60%以上に達した。なお、溶媒がEMCおよびSBAHを含んでいるものの、DECの含有量が25重量%である比較例9−7〜9−9では、放電容量維持率が60%以上に達したが、膨れは0.5mm以下に達しなかった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、EMC、VCおよびPCと共に化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含む二次電池において、サイクル特性を確保しつつ膨れ特性を改善するためには、そのEMCの含有量を5重量%以上50重量%以下の範囲内にすればよいことが確認された。 Further, in Examples 9-1 to 9-6, the swelling satisfies the evaluation standard (0.6 mm or less), particularly 0.5 mm or less, and the discharge capacity maintenance ratio satisfies the evaluation standard (50% or more). Especially reached 60% or more. In Comparative Examples 9-7 to 9-9 in which the solvent contains EMC and SBAH, but the DEC content is 25% by weight, the discharge capacity retention rate reached 60% or more, but the swelling was 0 It did not reach below 5mm. From this, in order to improve the swelling characteristics while securing the cycle characteristics in the secondary battery containing the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 together with EC, DEC, EMC, VC and PC as a solvent, It was confirmed that the EMC content should be in the range of 5 wt% to 50 wt%.
特に、溶媒がEMCを含まない実施例6−2〜6−4と、EMCを含む実施例9−1〜9−3とを比較すると、膨れは前者と後者との間においてほぼ同等であったが、放電容量維持率は前者よりも後者においてほぼ同等以上に増加した。このことから、溶媒にEMCを含有させることにより、膨れ特性がほぼ維持されたままサイクル特性が向上することが確認された。 In particular, when Examples 6-2 to 6-4 where the solvent does not contain EMC and Examples 9-1 to 9-3 containing EMC were compared, the swelling was almost the same between the former and the latter. However, the discharge capacity retention rate increased more or less in the latter than in the former. From this, it was confirmed that by including EMC in the solvent, the cycle characteristics are improved while the swelling characteristics are substantially maintained.
また、溶媒がDMCを含む実施例8−1〜8−3と、EMCを含む実施例9−1〜9−3とを比較すると、膨れは前者よりも後者において減少したが、放電容量維持率は後者よりも前者において増加した。このことから、膨れ特性を改善する上ではEMCが有利であり、サイクル特性を向上させる上ではDMCが有利であることが確認された。 Moreover, when Examples 8-1 to 8-3 containing DMC and Examples 9-1 to 9-3 containing EMC were compared, the swelling decreased in the latter rather than the former, but the discharge capacity retention rate Increased in the former than in the latter. From this, it was confirmed that EMC is advantageous for improving the swelling characteristics, and DMC is advantageous for improving the cycle characteristics.
(実施例10−1〜10−5)
溶媒にDMCおよびEMCを加え、溶媒の組成比(EC:DEC:DMC:EMC:VC:PC:SBAH)を重量比で29:50:5:5:0.5:10:0.5(実施例10−1)、19:60:5:5:0.5:10:0.5(実施例10−2)、9:70:5:5:0.5:10:0.5(実施例10−3)、19:30:20:20:0.5:10:0.5(実施例10−4)、9:30:25:25:0.5:10:0.5(実施例10−5)としたことを除き、実施例6−1〜6−4と同様の手順を経た。
(Examples 10-1 to 10-5)
DMC and EMC were added to the solvent, and the solvent composition ratio (EC: DEC: DMC: EMC: VC: PC: SBAH) was 29: 50: 5: 5: 0.5: 10: 0.5 by weight ratio (implementation) Example 10-1), 19: 60: 5: 5: 0.5: 10: 0.5 (Example 10-2), 9: 70: 5: 5: 0.5: 10: 0.5 (implementation) Example 10-3), 19: 30: 20: 20: 0.5: 10: 0.5 (Example 10-4), 9: 30: 25: 25: 0.5: 10: 0.5 (implementation) The same procedure as in Examples 6-1 to 6-4 was performed, except that Example 10-5) was used.
(比較例10−1〜10−5)
溶媒にSBAHを含有させず、それに伴ってECの含有量を調整したことを除き、実施例10−1〜10−5と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 10-1 to 10-5)
The same procedure as in Examples 10-1 to 10-5 was performed except that SBAH was not contained in the solvent and the EC content was adjusted accordingly.
(比較例10−6〜10−9)
溶媒中におけるDECの含有量を25重量%とし、それに伴ってDMCおよびEMCの含有量を調整したことを除き、実施例10−1〜10−7と同様の手順を経た。この場合には、溶媒の組成比(EC:DEC:DMC:EMC:VC:PC:SBAH)を重量比で29:25:30:5:0.5:10:0.5(比較例10−6)、29:25:5:30:0.5:10:0.5(比較例10−7)、19:25:5:40:0.5:10:0.5(比較例10−8)、9:25:5:50:0.5:10:0.5(比較例10−9)とした。
(Comparative Examples 10-6 to 10-9)
A procedure similar to that in Examples 10-1 to 10-7 was performed except that the content of DEC in the solvent was 25% by weight and the contents of DMC and EMC were adjusted accordingly. In this case, the composition ratio of the solvent (EC: DEC: DMC: EMC: VC: PC: SBAH) was 29: 25: 30: 5: 0.5: 10: 0.5 by weight ratio (Comparative Example 10- 6), 29: 25: 5: 30: 0.5: 10: 0.5 (Comparative Example 10-7), 19: 25: 5: 40: 0.5: 10: 0.5 (Comparative Example 10-) 8), 9: 25: 5: 50: 0.5: 10: 0.5 (Comparative Example 10-9).
これらの実施例10−1〜10−7および比較例10−1〜10−9の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表10に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 10-1 to 10-7 and Comparative Examples 10-1 to 10-9 were examined, the results shown in Table 10 were obtained.
表10に示したように、実施例10−1〜10−5では、比較例10−1〜10−5と比較して、膨れが大幅に減少したと共に、放電容量維持率がほぼ同等であった。この場合には、膨れが0.5mm以下に達したと共に、放電容量維持率が60%以上に達した。なお、溶媒がDMC、EMCおよびSBAHを含んでいるものの、DECの含有量が25重量%である比較例10−6〜10−9では、放電容量維持率が60%以上に達したが、膨れは0.5mm以下に達しなかった。このことから、電解質が溶媒としてEC、DEC、DMC、EMC、VCおよびPCを含む二次電池では、その溶媒が化5あるいは化6に示したスルホン化合物を含むことにより、サイクル特性が確保されると共に膨れ特性が改善されることが確認された。 As shown in Table 10, in Examples 10-1 to 10-5, as compared with Comparative Examples 10-1 to 10-5, the swelling was significantly reduced and the discharge capacity retention rate was substantially the same. It was. In this case, the swelling reached 0.5 mm or less, and the discharge capacity retention rate reached 60% or more. In Comparative Examples 10-6 to 10-9 in which the solvent contains DMC, EMC, and SBAH, but the DEC content is 25% by weight, the discharge capacity retention rate reached 60% or more, but the swelling Did not reach 0.5 mm or less. Therefore, in the secondary battery in which the electrolyte includes EC, DEC, DMC, EMC, VC and PC as a solvent, the cycle characteristics are ensured by including the sulfone compound shown in Chemical Formula 5 or Chemical Formula 6 as the solvent. In addition, it was confirmed that the swelling characteristics were improved.
ここで、溶媒がPCを含まない場合(表1〜表5参照)と、PCを含む場合(表6〜表10参照)とを比較すると、放電容量維持率は前者よりも後者において僅かに減少するものの、膨れは前者よりも後者において減少した。このことから、溶媒がPCを含むことにより、膨れ特性が改善することが確認された。 Here, when the case where the solvent does not contain PC (see Tables 1 to 5) and the case where PC contains (see Tables 6 to 10) are compared, the discharge capacity retention rate slightly decreases in the latter than in the former. However, blistering decreased in the latter than in the former. From this, it was confirmed that the swollenness characteristics were improved when the solvent contained PC.
(実施例11,12)
上記した第1の電池について説明した第1の製造方法により電解質24を形成したことを除き、実施例1−2,6−2と同様の手順を経た。この電解質24を形成する際には、電解液と、高分子化合物としてポリフッ化ビニリデンと、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンとを含む前駆溶液を調製して正極21および負極22に塗布したのち、その溶剤を揮発させた。
(Examples 11 and 12)
The same procedure as in Examples 1-2 and 6-2 was performed, except that the
実施例1−2,11の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表11に示した結果が得られた。また、実施例6−2,12の二次電池について膨れ特性およびサイクル特性を調べたところ、表12に示した結果が得られた。 When the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 1-2 and 11 were examined, the results shown in Table 11 were obtained. Further, when the swelling characteristics and cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 6-2 and 12 were examined, the results shown in Table 12 were obtained.
表11および表12に示したように、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ23を用いた実施例1−2,6−2(セパレータに塗布された高分子化合物の有無;有)では、それぞれ高分子化合物が両面に塗布されていないセパレータ23を用いた実施例11,12(セパレータに塗布された高分子化合物の有無;無)と比較して、放電容量維持率がほぼ維持されたまま、膨れが大幅に減少した。このことから、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ23を用いて電解質24を形成することにより、膨れ特性が改善されることが確認された。
As shown in Table 11 and Table 12, in Examples 1-2 and 6-2 (presence or absence of the polymer compound applied to the separator; yes) using the separator 23 coated with the polymer compound on both sides, Compared with Examples 11 and 12 (the presence or absence of the polymer compound applied to the separator; none) using the separator 23 in which the polymer compound was not applied to both surfaces, the discharge capacity retention rate was substantially maintained. The blistering has been greatly reduced. From this, it was confirmed that the swelling characteristics are improved by forming the
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の電解質の適用用途は、必ずしも電池に限らず、電池以外の他の電気化学デバイスであってもよい。この他の電気化学デバイスとしては、例えば、キャパシタなどが挙げられる。 The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, the application of the electrolyte of the present invention is not necessarily limited to a battery, but may be an electrochemical device other than a battery. Examples of other electrochemical devices include capacitors.
また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の電解質として、液状の電解質あるいはゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の種類の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス、イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したものや、他の無機化合物と電解液とを混合したものや、これらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものなどが挙げられる。 In the above-described embodiments and examples, the case where a liquid electrolyte or a gel electrolyte is used as the electrolyte of the present invention has been described. However, other types of electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolyte, or a mixture of another inorganic compound and an electrolyte. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の電池として、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表されるリチウムイオン二次電池、あるいは負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量がリチウムの析出および溶解に基づく容量成分により表されるリチウム金属二次電池について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本発明の二次電池は、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分とリチウムの析出および溶解に基づく容量成分とを含み、かつそれらの容量成分の和により表される二次電池についても同様に適用可能である。 In the above-described embodiments and examples, the battery of the present invention is a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component based on insertion and extraction of lithium, or lithium metal is used for the negative electrode active material. The lithium metal secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component based on the precipitation and dissolution of lithium has been described, but is not necessarily limited thereto. The secondary battery of the present invention has a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium with a charge capacity smaller than the charge capacity of the positive electrode, so that the capacity of the negative electrode is based on the insertion and release of lithium. The present invention can be similarly applied to a secondary battery including a capacity component based on the precipitation and dissolution of the metal and expressed by the sum of the capacity components.
また、上記した実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他の1A族元素や、マグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などの2A族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属を用いてもよい。この場合においても、負極活物質として、上記実施の形態で説明した負極材料を用いることが可能である。 In the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described. However, other Group 1A elements such as sodium (Na) or potassium (K), magnesium or calcium (Ca), etc. Other light metals such as 2A group elements and aluminum may be used. Also in this case, the negative electrode material described in the above embodiment can be used as the negative electrode active material.
また、上記した実施の形態または実施例では、本発明の電池の電池構造としてラミネートフィルム型を例に挙げ、電池素子の構造として巻回構造を例に挙げて説明したが、本発明の電池は、円筒型、コイン型、ボタン型あるいは角型などの他の電池構造を有する電池や、電池素子が積層構造を有する電池についても同様に適用可能である。また、本発明の電池は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に適用可能である。 In the above-described embodiment or example, the laminate film type is given as an example of the battery structure of the battery of the present invention, and the winding structure is taken as an example of the structure of the battery element. The present invention can be similarly applied to a battery having another battery structure such as a cylindrical shape, a coin shape, a button shape, or a square shape, or a battery having a laminated structure of battery elements. In addition, the battery of the present invention is not limited to the secondary battery, but can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.
また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の電解質における溶媒(炭酸ジエチル,炭酸ジメチル,炭酸エチルメチル,スルホン化合物)の組成比について、実施例の結果から導き出された数値範囲を適正範囲として説明しているが、その説明は、含有量が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、含有量が上記した範囲から多少外れてもよい。 Further, in the above-described embodiments and examples, the numerical range derived from the results of the examples for the composition ratio of the solvent (diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, sulfone compound) in the electrolyte of the present invention is an appropriate range. However, the explanation does not completely deny the possibility that the content is outside the above range. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effect of the present invention, and the content may be slightly deviated from the above range as long as the effect of the present invention is obtained.
11…正極リード、12…負極リード、20…巻回電極体、21…正極、21A…正極集電体、21B…正極活物質層、22…負極、22A…負極集電体、22B…負極活物質層、23…セパレータ、24…電解質、25…保護テープ、30…外装部材、31…密着フィルム。
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前記溶媒は、炭酸エチレンと、炭酸ジエチルと、化1および化2で表されるスルホン化合物のうちの少なくとも1種とを含有し、
前記溶媒中における前記炭酸ジエチルの含有量は30重量%以上80重量%以下の範囲内であると共に、前記溶媒中における前記スルホン化合物の含有量は0.1重量%以上1重量%以下の範囲内である
ことを特徴とする電解質。
The solvent contains ethylene carbonate, diethyl carbonate, and at least one of the sulfone compounds represented by Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2,
The diethyl carbonate content in the solvent is in the range of 30 wt% to 80 wt%, and the sulfone compound content in the solvent is in the range of 0.1 wt% to 1 wt%. The electrolyte characterized by being.
前記電解質は、溶媒と、電解質塩とを含み、
前記溶媒は、炭酸エチレンと、炭酸ジエチルと、化4および化5で表されるスルホン化合物のうちの少なくとも1種とを含有し、
前記溶媒中における前記炭酸ジエチルの含有量は30重量%以上80重量%以下の範囲内であると共に、前記溶媒中における前記スルホン化合物の含有量は0.1重量%以上1重量%以下の範囲内である
ことを特徴とする電池。
The electrolyte includes a solvent and an electrolyte salt,
The solvent contains ethylene carbonate, diethyl carbonate, and at least one of sulfone compounds represented by Chemical formula 4 and Chemical formula 5,
The diethyl carbonate content in the solvent is in the range of 30 wt% to 80 wt%, and the sulfone compound content in the solvent is in the range of 0.1 wt% to 1 wt%. The battery characterized by being.
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