JP2009129747A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery.
正極にリチウムと遷移金属の複合酸化物を用い、負極に炭素材料、酸化物、リチウム合金又はリチウム金属を用いた、非水電解液リチウムイオン・リチウム二次電池は、高いエネルギー密度を実現できるという特性を有する。このため、これらの二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車、ハイブリッド型電車、ハイブリッド型バスなどの電動車両、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル型電子機器、及び、UPS、バックアップ電源などの定置型電源装置等の電源として注目されている。 Non-aqueous electrolyte lithium ion / lithium secondary battery using a composite oxide of lithium and transition metal for the positive electrode and carbon material, oxide, lithium alloy or lithium metal for the negative electrode can achieve high energy density. Has characteristics. For this reason, these secondary batteries are electric vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles, hybrid trains, hybrid buses, mobile electronic devices such as mobile phones and laptop computers, and stationary types such as UPS and backup power supplies. It is attracting attention as a power source for power supply devices.
この二次電池において、正極活物質として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、あるいはこれらの元素を複合した複合酸化物などが用いられている。中でも、リチウム・ニッケル複合酸化物(以下、単に、「ニッケル酸リチウム」と記載する場合がある)はエネルギー密度が高く、長時間駆動が必要な上記アプリケーション向けに積極的な開発が行われている。また、正極活物質として、ニッケルに加えてニッケル以外の元素をドープしたニッケル酸リチウムが知られている。 In this secondary battery, lithium cobaltate, lithium manganate, lithium nickelate, or composite oxides of these elements are used as the positive electrode active material. Among these, lithium-nickel composite oxides (hereinafter sometimes simply referred to as “lithium nickelate”) have a high energy density and are actively developed for the above applications that require long-time driving. . As a positive electrode active material, lithium nickelate doped with an element other than nickel in addition to nickel is known.
一方、上記二次電池においては、負極表面に保護膜、SEI(Solid Electrolyte Interface:固体電解質界面)、又は皮膜等と呼ばれる膜(以下、「表面膜」と記載する場合がある)が生成することが知られている。この表面膜は、充放電効率、サイクル寿命、安全性に大きな影響を及ぼすことから負極の高性能化には表面膜の制御が不可欠であることが知られている。特に、負極活物質として炭素材料、酸化物材料を用いた場合、その不可逆容量の低減が必要であり、リチウム金属・合金の負極を用いた場合、充放電効率の低下とデンドライト(樹枝状結晶)生成による安全性の問題を解決する必要があった。 On the other hand, in the secondary battery, a film called a protective film, SEI (Solid Electrolyte Interface), or a film (hereinafter sometimes referred to as “surface film”) is formed on the negative electrode surface. It has been known. Since this surface film has a great influence on charge / discharge efficiency, cycle life and safety, it is known that control of the surface film is indispensable for improving the performance of the negative electrode. In particular, when a carbon material or an oxide material is used as the negative electrode active material, it is necessary to reduce the irreversible capacity. When a lithium metal / alloy negative electrode is used, the charge / discharge efficiency decreases and dendrites (dendritic crystals) It was necessary to solve the safety problem due to generation.
そこで、従来から、負極表面に安定した表面膜を形成させるため、二次電池内には種々の電解液用添加剤が適用されてきた。例えば、特許文献1〜3に示すような環状モノスルホン酸エステルは、電極表面の皮膜形成能に優れ、電池特性の改善が図れることでよく使われている。また、最近では、特許文献4に示すような環状ジスルホン酸エステルを用いた場合、環状モノスルホン酸エステルを用いたものよりもサイクル特性や保存特性(抵抗上昇の抑制や容量維持率)を向上できることが報告されている。この環状ジスルホン酸エステルは、特許文献5に示すような方法で合成することができる。
上記のように、近年、高いエネルギー密度を有し、優れたサイクル特性等が期待される正極活物質としてリチウム・ニッケル複合酸化物に注目が集まっている。しかしながら、この正極活物質としてリチウム・ニッケル複合酸化物を使用した二次電池において、二次電池のサイクル特性や保存特性(抵抗上昇の抑制や容量維持率)の向上を目的として、ジスルホン酸エステルを電解液用の添加剤として使用した場合、所望のサイクル特性や保存特性の向上が再現良く得られない場合があった。 As described above, in recent years, a lithium-nickel composite oxide has attracted attention as a positive electrode active material that has a high energy density and is expected to have excellent cycle characteristics. However, in the secondary battery using the lithium / nickel composite oxide as the positive electrode active material, disulfonic acid ester is used for the purpose of improving the cycle characteristics and storage characteristics (suppression of resistance increase and capacity retention rate) of the secondary battery. When used as an additive for an electrolytic solution, desired cycle characteristics and storage characteristics may not be improved with good reproducibility.
本発明者はこの問題の検討を進めた結果、サイクル特性や保存特性等の電池特性の低下は、上記リチウム・ニッケル複合酸化物とジスルホン酸エステルを併用した場合に特有の問題であることを見出した。すなわち、前述したようにリチウム・ニッケル複合酸化物は例えば、水分との反応性が高く水和物を形成しやすい水酸化リチウム等の原料を用いて作製されていた。このため、これらの原料から得られたリチウム・ニッケル複合酸化物も水和物を含みやすいものとなっていた。この結果、この水分がLi塩と反応してHFを発生し、そのHFが電池特性向上を阻害しているものと考えられた。 As a result of studying this problem, the present inventor has found that deterioration of battery characteristics such as cycle characteristics and storage characteristics is a problem peculiar to the combined use of the above lithium / nickel composite oxide and disulfonic acid ester. It was. That is, as described above, the lithium / nickel composite oxide has been produced using a raw material such as lithium hydroxide which is highly reactive with moisture and easily forms a hydrate. For this reason, lithium / nickel composite oxides obtained from these raw materials are also likely to contain hydrates. As a result, it was considered that this moisture reacted with the Li salt to generate HF, which hindered improvement in battery characteristics.
このように正極活物質としてのニッケル酸リチウム、電解液中の添加剤としてのジスルホン酸エステルは、それぞれ、二次電池の特性を向上可能な特性を有しているにも関わらず、これらの材料を組み合わせて使用すると、電池の使用材料、使用条件等によっては、所望の二次電池特性を得られない場合があった。 As described above, lithium nickelate as a positive electrode active material and disulfonic acid ester as an additive in an electrolytic solution have such characteristics that the characteristics of the secondary battery can be improved. When used in combination, the desired secondary battery characteristics may not be obtained depending on the battery material used, the usage conditions, and the like.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、リチウム・ニッケル複合酸化物を正極活物質として用い、ジスルホン酸エステルを電解液添加剤として用いた場合、正極及び電解液の劣化を抑制し、優れた電池特性を有する非水電解液二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to use a lithium / nickel composite oxide as a positive electrode active material and a disulfonic acid ester as an electrolytic solution additive. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses deterioration of the battery and has excellent battery characteristics.
上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を有することを特徴とする。
1.正極集電体上に、正極活物質として水分含有量が300ppm未満のリチウム・ニッケル複合酸化物と、溶媒とを含有するスラリーを塗布後、乾燥して溶媒を除去することにより得られた正極と、
負極と、
少なくとも非プロトン性溶媒と、ジスルホン酸エステルと、を含む二次電池用電解液と、
を備えた二次電池。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
1. A positive electrode obtained by applying a slurry containing a lithium / nickel composite oxide having a water content of less than 300 ppm as a positive electrode active material and a solvent on a positive electrode current collector, and then drying to remove the solvent; ,
A negative electrode,
An electrolyte solution for a secondary battery containing at least an aprotic solvent and a disulfonic acid ester;
Secondary battery equipped with.
2.前記二次電池用電解液が、更にリチウム塩を含む上記1に記載の二次電池。 2. 2. The secondary battery according to 1 above, wherein the electrolyte for secondary battery further contains a lithium salt.
3.前記リチウム・ニッケル複合酸化物が、Liα(NixM1-x)O2(ただし、MはNi以外の1種類以上の金属であり、0.5≦x≦1かつ0<α≦1.2である)で表される化合物であることを特徴とする上記1又は2に記載の二次電池。 3. The lithium-nickel composite oxide is Liα (Ni x M 1-x ) O 2 (where M is one or more metals other than Ni, and 0.5 ≦ x ≦ 1 and 0 <α ≦ 1. 2. The secondary battery according to 1 or 2 above, wherein the secondary battery is a compound represented by 2).
4.前記リチウム・ニッケル複合酸化物は、水酸化リチウム及びNi含有水酸化物を含む原料から製造された化合物であることを特徴とする上記1〜3の何れか1項に記載の二次電池。 4). 4. The secondary battery according to claim 1, wherein the lithium / nickel composite oxide is a compound manufactured from a raw material containing lithium hydroxide and a Ni-containing hydroxide.
5.前記ジスルホン酸エステルとして、下記一般式(1)で示される化合物を含有することを特徴とする上記1〜4の何れか1項に記載の二次電池。 5). 5. The secondary battery according to any one of 1 to 4 above, wherein the disulfonic acid ester contains a compound represented by the following general formula (1).
(但し、上記一般式(1)において、Qは酸素原子、メチレン基又は単結合、Aは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、カルボニル基、スルフィニル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、から選ばれる基を示す。Bは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基から選ばれる基を示す)。 (However, in the said General formula (1), Q is an oxygen atom, a methylene group, or a single bond, A is a substituted or unsubstituted C1-C5 alkylene group, a carbonyl group, a sulfinyl group, C1-C5. At least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group, a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond A group in which at least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond, and a substituted or unsubstituted fluoroalkylene having 1 to 5 carbon atoms A group selected from a group in which at least one C—C bond in the group is a C—O—C bond, B is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, carbon number 5 of polyfluoroalkylene group, and a substituted or unsubstituted group selected from fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms shown).
6.前記ジスルホン酸エステルとして、下記一般式(2)で示される化合物を含有することを特徴とする上記1〜5の何れか1項に記載の二次電池。 6). 6. The secondary battery according to any one of 1 to 5 above, which contains a compound represented by the following general formula (2) as the disulfonic acid ester.
(但し、上記一般式(2)において、R1及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、−SO2X1(X1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−SY1(Y1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−COZ(Zは水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及びハロゲン原子、から選ばれる原子又は基を示す。R2及びR3は、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフェノキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜5のポリフルオロアルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、−NX2X3(X2及びX3は、それぞれ独立して、水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及び−NY2CONY3Y4(Y2〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、から選ばれる原子又は基を示す)。 (However, in the said General formula (2), R < 1 > and R < 4 > is respectively independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted C1-C5 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C5. An alkoxy group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, —SO 2 X 1 (wherein X 1 is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to 5 carbon atoms). alkyl group), - SY 1 (Y 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), - COZ (Z is a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), And R 2 and R 3 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted carbon group having 1 to 5 carbon atoms. An alkoxy group, substituted or unsubstituted Noxy group, substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, substituted or unsubstituted fluoroalkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, 1 to 5 carbon atoms polyfluoroalkoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom, -NX 2 X 3 (X 2 and X 3 are each independently a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), and -NY 2 CONY 3 Y 4 (Y 2 to Y 4 are each independently an atom or group selected from a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms).
7.前記非プロトン性溶媒が、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、環状エーテル類、鎖状エーテル類及びこれらのフッ化誘導体からなる群より選択された少なくとも1種類の有機溶媒であることを特徴とする上記1〜6の何れか1項に記載の二次電池。 7. The aprotic solvent is at least selected from the group consisting of cyclic carbonates, chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, γ-lactones, cyclic ethers, chain ethers and their fluorinated derivatives. 7. The secondary battery according to any one of 1 to 6 above, which is one type of organic solvent.
8.前記二次電池用電解液は、非プロトン性溶媒中に少なくともジスルホン酸エステルを添加することにより得られたものであり、
非プロトン性溶媒に添加前の前記ジスルホン酸エステルの水分含有量が、300ppm未満であることを特徴とする上記1〜7の何れか1項に記載の二次電池。
8). The electrolyte solution for a secondary battery is obtained by adding at least a disulfonic acid ester in an aprotic solvent,
8. The secondary battery according to any one of 1 to 7 above, wherein a water content of the disulfonic acid ester before addition to the aprotic solvent is less than 300 ppm.
9.前記負極が、負極活物質として、リチウムを吸蔵、放出できる材料、リチウム金属、及びリチウム合金からなる群より選択された少なくとも1種を含むことを特徴とする上記1〜8の何れか1項に記載の二次電池。 9. The negative electrode includes at least one selected from the group consisting of a material capable of occluding and releasing lithium, a lithium metal, and a lithium alloy as a negative electrode active material. The secondary battery as described.
10.前記負極が、負極活物質として炭素を含有することを特徴とする上記1〜9の何れか1項に記載の二次電池。 10. 10. The secondary battery as described in any one of 1 to 9 above, wherein the negative electrode contains carbon as a negative electrode active material.
11.前記炭素が黒鉛であることを特徴とする上記10に記載の二次電池。 11. 11. The secondary battery as described in 10 above, wherein the carbon is graphite.
12.前記炭素が非晶質炭素であることを特徴とする上記10に記載の二次電池。 12 11. The secondary battery as described in 10 above, wherein the carbon is amorphous carbon.
高いエネルギー密度を有し、サイクル特性や保存特性に優れた二次電池を提供できる。 A secondary battery having a high energy density and excellent cycle characteristics and storage characteristics can be provided.
(二次電池)
以下、本発明の二次電池の構成について説明する。
本発明の二次電池は、正極と、負極と、二次電池用電解液とを備える。この正極は、正極集電体上に、正極活物質として水分含有量が300ppm未満のリチウム・ニッケル複合酸化物と溶媒とを含有するスラリーを塗布後、乾燥して溶媒を除去することにより得られたものである。また、二次電池用電解液は、少なくとも非プロトン性溶媒と、ジスルホン酸エステルと、を含む。
(Secondary battery)
Hereinafter, the configuration of the secondary battery of the present invention will be described.
The secondary battery of this invention is equipped with a positive electrode, a negative electrode, and the electrolyte solution for secondary batteries. This positive electrode is obtained by applying a slurry containing a lithium / nickel composite oxide having a water content of less than 300 ppm as a positive electrode active material and a solvent on the positive electrode current collector, and then drying to remove the solvent. It is a thing. Moreover, the electrolyte solution for secondary batteries contains at least an aprotic solvent and a disulfonic acid ester.
なお、「水分含有量が300ppm未満のリチウム・ニッケル複合酸化物」の「水分含有量」とは、スラリー、二次電池を製造前のリチウム・ニッケル複合酸化物単独の水分含有量を表す。 The “water content” of the “lithium / nickel composite oxide having a water content of less than 300 ppm” represents the water content of the lithium / nickel composite oxide alone before manufacturing the slurry and the secondary battery.
ここで、従来の二次電池においては、正極活物質としてLi塩、二次電池用電解液用の添加剤としてジスルホン酸エステルを使用したことにより、電池特性が劣化していた。この理由は、リチウム・ニッケル複合酸化物と水が反応して発生するHFがジスルホン酸エステルのエステル結合に作用して生成物を発生させ、この生成物が電解液中のイオン導電性を悪化させたためと考えられる。すなわち、電解液中にジスルホン酸エステルを添加した場合には、モノスルホン酸エステルよりもエステル結合数が多いため、モノスルホン酸エステルを添加した場合とは異なる反応生成物が生じ、これが二次電池特性の劣化につながっているものと考えられる。 Here, in the conventional secondary battery, the battery characteristics were deteriorated by using the Li salt as the positive electrode active material and the disulfonic acid ester as the additive for the electrolyte solution for the secondary battery. The reason for this is that HF generated by the reaction of lithium-nickel composite oxide and water acts on the ester bond of the disulfonic acid ester to generate a product, which deteriorates the ionic conductivity in the electrolyte. It is thought that it was because of. That is, when the disulfonic acid ester is added to the electrolyte, the number of ester bonds is larger than that of the monosulfonic acid ester, so that a reaction product different from the case where the monosulfonic acid ester is added is generated. It is thought that it leads to the deterioration of characteristics.
これに対して、本発明の二次電池は、正極活物質として水分含有量が300ppm未満のリチウム・ニッケル複合酸化物を使用して正極を製造しているため、二次電池の正極が二次電池用電解液に接する部分の水分含有量を非常に少なくすることができる。この結果、Li塩と水が反応してHFが発生しにくくなっており、このHFとジスルホン酸エステルのエステル結合との反応、及びこの反応生成物によるイオン導電性の低下などが起こらない。また、エネルギー密度が高く、正極の抵抗上昇や、電解液の分解などによる劣化が抑制され、優れた保存特性及びサイクル特性を有して抵抗上昇を抑制した二次電池を提供することができる。また、車両用二次電池などの、長期に渡りメンテナンスフリーの状態が求められ、かつ、高い重量エネルギー密度及び体積エネルギー密度が求められる用途への適用が可能となる。 On the other hand, since the secondary battery of the present invention uses the lithium / nickel composite oxide having a water content of less than 300 ppm as the positive electrode active material, the positive electrode of the secondary battery is a secondary battery. The water content in the portion in contact with the battery electrolyte can be greatly reduced. As a result, it is difficult for HF to be generated by the reaction of the Li salt and water, and the reaction between the HF and the ester bond of the disulfonic acid ester and the decrease in ionic conductivity due to the reaction product do not occur. In addition, it is possible to provide a secondary battery that has high energy density, suppresses an increase in resistance of the positive electrode, and degrades due to decomposition of the electrolytic solution, and has excellent storage characteristics and cycle characteristics and suppresses an increase in resistance. In addition, it can be applied to uses such as secondary batteries for vehicles that require a maintenance-free state over a long period of time and that require high weight energy density and volume energy density.
図1は、本発明の二次電池の一例の概略構成図である。本発明の二次電池は、例えば、図1のような構造を有する。正極は、正極活物質を含有する層12が正極集電体11上に成膜されている。また、負極は、負極活物質を含有する層13が負極集電体14上に成膜されている。そして、これらの正極と負極は、二次電池用電解液、及びこの二次電池用電解液の中の多孔質セパレータ16を介して、対向配置されている。多孔質セパレータ16は、負極活物質を含有する層13に対して略平行に配置されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of the secondary battery of the present invention. The secondary battery of the present invention has a structure as shown in FIG. 1, for example. In the positive electrode, a
図1の二次電池において、正極活物質を含有する層12は、正極活物質として水分含有量が300ppm未満のリチウム・ニッケル複合酸化物を使用して形成されている。このリチウム・ニッケル複合酸化物の組成式は、Liα(NixM1-x)O2であり、MはNi以外の1種以上の金属であり、0.5≦x≦1かつ0<α≦1.2となっている。このMは好ましくは、Li、Mg、Ca、Sr、Al、Ti、Zr、Mn、Fe、Co、及びZnからなる群から選択された少なくとも一種の金属である。また、リチウム・ニッケル複合酸化物には、LiNi0.8Co0.2O2、Li1.02Ni0.8Co0.15Al0.05O2、Li1.02Ni1-x-yCoxAlyO2(0<x≦0.20,0<y≦0.10)、Li1.1Ni0.5Mn0.5O2を用いるのが好ましい。
In the secondary battery of FIG. 1, the
正極は、例えば、これらの正極活物質を、カーボンブラック等の導電性物質、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)等の結着剤とともにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤中に分散混練し、これをアルミニウム箔等の基体上に塗布することにより得ることができる。 For example, these positive electrode active materials are dispersed and kneaded in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) together with a conductive material such as carbon black and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF). It can be obtained by applying it on a substrate such as an aluminum foil.
図1の二次電池は、乾燥空気又は不活性ガス雰囲気下において、多孔質セパレータ16を介して負極及び正極を積層、又は積層したものを捲回した後に、電池缶や、合成樹脂と金属箔との積層体からなる可とう性フィルム等の外装体に収容した後、二次電池用電解液を含浸させることによって製造する。そして、外装体を封止又は封止後に、充電を行うことにより、負極上に皮膜を形成させることができる。なお、多孔質セパレータ16としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、フッ素樹脂等の多孔性フィルムが用いられる。この二次電池の形状としては、特に制限はないが、例えば、円筒型、角型、ラミネート外装型、コイン型などが挙げられる。
The secondary battery shown in FIG. 1 has a negative electrode and a positive electrode laminated in a dry air or in an inert gas atmosphere, or after winding a laminated one, a battery can, a synthetic resin and a metal foil It is manufactured by impregnating an electrolytic solution for a secondary battery after being accommodated in an exterior body such as a flexible film made of a laminate. And a film | membrane can be formed on a negative electrode by charging after sealing or sealing an exterior body. In addition, as the
(正極)
以下、本発明の二次電池における正極活物質、及び正極について説明する。本発明では、正極を製造する際に正極活物質として水分含有量が300ppm未満のリチウム・ニッケル複合酸化物を用いる。本発明では、このように水分含有量が低いリチウム・ニッケル複合酸化物を用いることによって製造後の二次電池の正極中の水分含有量を非常に少なくすることができ、リチウム・ニッケル複合酸化物と水との反応によるHFの発生が起こりにくくなっている。このため、このHFと、二次電池用電解液中に含まれるジスルホン酸エステルのエステル結合との反応、及びこの反応生成物によるイオン導電性の低下などが起こらない。また、エネルギー密度が高く、正極の抵抗上昇や電解液の分解などによる劣化が抑制され優れた保存特性及びサイクル特性を有すると共に、抵抗上昇を抑制した二次電池を提供することができる。
(Positive electrode)
Hereinafter, the positive electrode active material and the positive electrode in the secondary battery of the present invention will be described. In the present invention, a lithium / nickel composite oxide having a water content of less than 300 ppm is used as the positive electrode active material when the positive electrode is manufactured. In the present invention, by using the lithium / nickel composite oxide having a low water content, the water content in the positive electrode of the secondary battery after production can be greatly reduced. Generation of HF due to the reaction between water and water is less likely to occur. For this reason, the reaction of this HF and the ester bond of the disulfonic acid ester contained in the electrolyte solution for secondary batteries and the decrease in ionic conductivity due to this reaction product do not occur. In addition, it is possible to provide a secondary battery that has high energy density, suppresses deterioration due to positive electrode resistance and decomposition of the electrolyte, has excellent storage characteristics and cycle characteristics, and suppresses resistance increase.
このリチウム・ニッケル複合酸化物の水分含有量は、リチウム・ニッケル複合酸化物の原料、製造方法、製造後の処理方法(加熱処理など)を制御することによって調節することができる。なお、一般的に、酸化ニッケル(NiO)は吸湿性が強く、Ni2O3・nH2O(n=1,2,3,4,5,6)などとして結晶水を含有しやすい特性を有していることが知られている。本発明のリチウム・ニッケル複合酸化物もこの酸化ニッケルに近い特性を有して吸湿性が強くなる場合がある。このようなリチウム・ニッケル複合酸化物を正極活物質として用いる場合は、熱処理後、湿度の高い環境に放置されると、水分含有量が増加するため、水分含有量が増加しないように注意して管理する必要がある。 The water content of the lithium / nickel composite oxide can be adjusted by controlling the raw material of the lithium / nickel composite oxide, the production method, and the treatment method after the production (such as heat treatment). In general, nickel oxide (NiO) is highly hygroscopic and has a characteristic of easily containing crystal water, such as Ni 2 O 3 .nH 2 O (n = 1, 2, 3 , 4, 5, 6). It is known to have. The lithium / nickel composite oxide of the present invention also has characteristics close to that of nickel oxide and may have high hygroscopicity. When using such a lithium / nickel composite oxide as the positive electrode active material, be careful not to increase the moisture content because the moisture content will increase if left in a humid environment after heat treatment. Need to manage.
また、このリチウム・ニッケル複合酸化物としては、水分含有量が300ppm未満で、ニッケル原子、リチウム原子を含む酸化物であれば特に限定されるわけではない。また、リチウム・ニッケル複合酸化物の水分含有量は、一般的なカールフィッシャー法で測定することにより確認することができる。また、正極活物質として、200ppm以下のリチウム・ニッケル複合酸化物を用いることが好ましく、100ppm以下のリチウム・ニッケル複合酸化物を用いることがより好ましい。このように水分含有量が少ないリチウム・ニッケル複合酸化物を用いることによって、より効果的にイオン導電性の低下を防止して、エネルギー密度が高く、保存特性及びサイクル特性が向上した二次電池とすることができる。 The lithium / nickel composite oxide is not particularly limited as long as it has a water content of less than 300 ppm and contains nickel atoms and lithium atoms. The water content of the lithium / nickel composite oxide can be confirmed by measuring by a general Karl Fischer method. Further, as the positive electrode active material, it is preferable to use a lithium / nickel composite oxide of 200 ppm or less, and it is more preferable to use a lithium / nickel composite oxide of 100 ppm or less. By using a lithium-nickel composite oxide with a low water content in this way, a secondary battery with a high energy density, improved storage characteristics and cycle characteristics can be prevented more effectively. can do.
ここで、リチウム・ニッケル複合酸化物は、水酸化リチウム及びNi含有水酸化物を含む原料から製造された化合物であることが好ましい。このようにLi原料として水酸化リチウムを用い、Ni原料として水酸化物を選択した場合、これらの原料を溶液中で反応させることができる。この結果、反応の均一性が向上して良質で均一な特性を有するリチウム・ニッケル複合酸化物を得ることが出来る。また、他元素をドープしたリチウム・ニッケル複合酸化物を容易に得ることができ、これにより保存やサイクル特性に優れた電池とすることができる。 Here, the lithium / nickel composite oxide is preferably a compound produced from a raw material containing lithium hydroxide and a Ni-containing hydroxide. Thus, when lithium hydroxide is used as the Li raw material and a hydroxide is selected as the Ni raw material, these raw materials can be reacted in the solution. As a result, the uniformity of the reaction is improved, and a lithium / nickel composite oxide having good quality and uniform characteristics can be obtained. In addition, a lithium / nickel composite oxide doped with other elements can be easily obtained, whereby a battery excellent in storage and cycle characteristics can be obtained.
以下に、ニッケルの一部をコバルト及びアルミニウムで置換したリチウム・ニッケル複合酸化物の製造方法を一例として説明する。まず、Li原料として水酸化リチウム(LiOH)を用いる。また、Ni、Co原料として、水酸化物、炭酸塩、酸化物などを用いることができる。さらに、NiをAlで置換するためのAl原料としては、Al2O3、Al(OH)3、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウムなどを用いることができる。また、Alを所定の比率で含むように調製したNi−Co−Al複合水酸化物、Ni−Co−Al複合炭酸塩、Ni−Co−Al複合酸化物などを用いても良い。 A method for producing a lithium / nickel composite oxide in which a part of nickel is replaced with cobalt and aluminum will be described below as an example. First, lithium hydroxide (LiOH) is used as a Li raw material. Further, hydroxides, carbonates, oxides and the like can be used as Ni and Co raw materials. Furthermore, Al 2 O 3 , Al (OH) 3 , aluminum nitrate, aluminum acetate, etc. can be used as the Al raw material for replacing Ni with Al. Alternatively, Ni—Co—Al composite hydroxide, Ni—Co—Al composite carbonate, Ni—Co—Al composite oxide, etc. prepared so as to contain Al at a predetermined ratio may be used.
そして、出発原料の使用量を適宜、選択することにより、所望の組成比の混合物を得ることができる。次に、この混合物を例えば、600℃〜950℃程度の温度範囲で、空気中又は酸素中で焼成する。好ましくはこの焼成温度は、700℃〜850℃程度であるのが良い。そして、最終的に、所望の組成のリチウム・ニッケル複合酸化物を安定的に得ることができる。 And the mixture of a desired composition ratio can be obtained by selecting the usage-amount of a starting material suitably. Next, this mixture is baked in air or oxygen in a temperature range of about 600 ° C. to 950 ° C., for example. Preferably, the firing temperature is about 700 ° C to 850 ° C. Finally, a lithium / nickel composite oxide having a desired composition can be stably obtained.
リチウム・ニッケル複合酸化物としては、Liα(NixM1-x)O2(ただし、MはNi以外の1種類以上の金属であり、0.5≦x≦1かつ0<α≦1.2である)で表される化合物であることが好ましい。このMとしては、Mg、Ca、Sr、Al、Ti、Zr、Mn、Fe、Co及びZnからなる群から選択された少なくとも一種の金属であることが好ましい。また、好ましくは0.5≦α≦1.2、より好ましくは0.95≦α≦1.1であるのが良い。 As the lithium-nickel composite oxide, Liα (Ni x M 1-x ) O 2 (where M is one or more metals other than Ni, and 0.5 ≦ x ≦ 1 and 0 <α ≦ 1. 2). M is preferably at least one metal selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Al, Ti, Zr, Mn, Fe, Co, and Zn. Moreover, it is preferable that 0.5 ≦ α ≦ 1.2, more preferably 0.95 ≦ α ≦ 1.1.
より好ましくは、リチウム・ニッケル複合酸化物はLiNi0.8Co0.2O2、Li1.02Ni0.8Co0.15Al0.05O2、Li1.02Ni1-x-yCoxAlyO2(0<x≦0.20,0<y≦0.10)、Li1.1Ni0.5Mn0.5O2を用いるのが良い。リチウム・ニッケル複合酸化物としてこれらの化合物を用いることにより、より高いサイクル特性や高エネルギー密度を達成することができる。 More preferably, the lithium-nickel composite oxide LiNi 0.8 Co 0.2 O 2, Li 1.02 Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2, Li 1.02 Ni 1-xy Co x Al y O 2 (0 <x ≦ 0.20, 0 <y ≦ 0.10), Li 1.1 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 may be used. By using these compounds as the lithium / nickel composite oxide, higher cycle characteristics and higher energy density can be achieved.
リチウム・ニッケル複合酸化物のBET比表面積は、0.3m2/g以上とすることが好ましい。また、BET比表面積は、2m2/g以下とすることが好ましく、1m2/g以下とすることがより好ましい。BET比表面積をこのような範囲とすることによって、電極作製時に必要なバインダー添加量を低減することができる。この結果、電池のエネルギー密度を向上させることができる。
この正極用の集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、及びこれらの合金などを用いることができる。
The BET specific surface area of the lithium / nickel composite oxide is preferably 0.3 m 2 / g or more. Further, BET specific surface area is preferably set to be lower than or equal to 2m 2 / g, and more preferably to less 1 m 2 / g. By setting the BET specific surface area in such a range, it is possible to reduce the amount of binder added necessary for electrode preparation. As a result, the energy density of the battery can be improved.
As the current collector for the positive electrode, aluminum, stainless steel, nickel, titanium, and alloys thereof can be used.
(二次電池用電解液)
本発明の二次電池用電解液は、少なくとも非プロトン性溶媒と、ジスルホン酸エステルとを含む。このジスルホン酸エステルとしては、下記一般式(1)で示される化合物を用いることが好ましい。
(Electrolyte for secondary battery)
The electrolyte solution for secondary batteries of the present invention contains at least an aprotic solvent and a disulfonic acid ester. As the disulfonic acid ester, a compound represented by the following general formula (1) is preferably used.
(但し、上記一般式(1)において、Qは酸素原子、メチレン基又は単結合、Aは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、カルボニル基、スルフィニル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、から選ばれる基を示す。Bは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基から選ばれる基を示す)。 (However, in the said General formula (1), Q is an oxygen atom, a methylene group, or a single bond, A is a substituted or unsubstituted C1-C5 alkylene group, a carbonyl group, a sulfinyl group, C1-C5. At least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group, a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond A group in which at least one C—C bond in the polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond, and a substituted or unsubstituted fluoroalkylene having 1 to 5 carbon atoms A group selected from a group in which at least one C—C bond in the group is a C—O—C bond, B is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, carbon number 5 of polyfluoroalkylene group, and a substituted or unsubstituted group selected from fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms shown).
本発明では、ジスルホン酸エステルとして一般式(1)で示される化合物を電解液中に添加することにより、より優れたサイクル特性及び保存特性を有することができる。 In the present invention, by adding the compound represented by the general formula (1) as a disulfonic acid ester to the electrolytic solution, it is possible to have more excellent cycle characteristics and storage characteristics.
なお、上記一般式(1)において、Aの炭素数は、環を構成する炭素の数を表し、側鎖に含まれる炭素の数は含まれない。Aが置換もしくは無置換の炭素数2〜5のフルオロアルキレン基である場合、Aはメチレン単位とフルオロメチレン単位とを有していてもよいし、フルオロメチレン単位のみを有していてもよい。また、エーテル結合を介してアルキレン単位又はフルオロアルキレン単位が結合している場合、アルキレン単位同士が結合していてもよいし、フルオロアルキレン単位同士が結合していてもよいし、また、アルキレン単位とフルオロアルキレン単位とが結合していてもよい。 In the general formula (1), the carbon number of A represents the number of carbons constituting the ring, and does not include the number of carbons contained in the side chain. When A is a substituted or unsubstituted C2-C5 fluoroalkylene group, A may have a methylene unit and a fluoromethylene unit, or may have only a fluoromethylene unit. Further, when the alkylene unit or the fluoroalkylene unit is bonded via an ether bond, the alkylene units may be bonded, the fluoroalkylene units may be bonded, or the alkylene unit and A fluoroalkylene unit may be bonded.
上記一般式(1)で示される化合物おいて、化合物の安定性、化合物の合成の容易性、溶媒への溶解性、価格などの観点から、Aは、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基におけるC−C結合の少なくとも一箇所がC−O−C結合となった基、から選ばれる基が好ましい。置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキレン基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基、から選ばれる基がより好ましく、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキレン基がさらに好ましく、メチレン基、エチレン基又は2,2−プロパンジイル基が特に好ましい。上記の炭素数1〜5のフルオロアルキレン基は、メチレン基とジフルオロメチレン基を含むことが好ましく、メチレン基とジフルオロメチレン基とで構成されていることがより好ましい。 In the compound represented by the general formula (1), A is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to 5 carbon atoms from the viewpoint of stability of the compound, ease of synthesis of the compound, solubility in a solvent, price, and the like. At least a C-C bond in the alkylene group, a polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. A group in which one site is a C—O—C bond, a group in which at least one C—C bond in a C 1-5 polyfluoroalkylene group is a C—O—C bond, and a substituted or unsubstituted group A group selected from a group in which at least one C—C bond in the fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms is a C—O—C bond is preferable. More preferred is a group selected from a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, a polyfluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms. Alternatively, an unsubstituted alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable, and a methylene group, an ethylene group, or a 2,2-propanediyl group is particularly preferable. The C1-C5 fluoroalkylene group preferably includes a methylene group and a difluoromethylene group, and more preferably includes a methylene group and a difluoromethylene group.
また、同様の理由から、Bは炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、メチレン基、1,1−エタンジイル基、又は2,2−プロパンジイル基がより好ましい。 For the same reason, B is preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a methylene group, a 1,1-ethanediyl group, or a 2,2-propanediyl group.
一般式(1)で示される化合物の代表例を下記に具体的に例示するが、これらに限定されるものではない。また、下記化合物は単独で、又は複数種を組み合わせて用いても良い。 Although the typical example of a compound shown by General formula (1) is specifically illustrated below, it is not limited to these. In addition, the following compounds may be used alone or in combination of two or more.
ジスルホン酸エステルとして下記一般式(2)で示される化合物を用いることが好ましい。 It is preferable to use a compound represented by the following general formula (2) as the disulfonic acid ester.
(但し、上記一般式(2)において、R1及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、−SO2X1(X1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−SY1(Y1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、−COZ(Zは水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及びハロゲン原子、から選ばれる原子又は基を示す。R2及びR3は、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフェノキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜5のポリフルオロアルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、−NX2X3(X2及びX3は、それぞれ独立して、水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、及び−NY2CONY3Y4(Y2〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、から選ばれる原子又は基を示す)。 (However, in the said General formula (2), R < 1 > and R < 4 > is respectively independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted C1-C5 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C5. An alkoxy group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, —SO 2 X 1 (wherein X 1 is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to 5 carbon atoms). alkyl group), - SY 1 (Y 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), - COZ (Z is a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), And R 2 and R 3 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted carbon group having 1 to 5 carbon atoms. An alkoxy group, substituted or unsubstituted Noxy group, substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, substituted or unsubstituted fluoroalkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, 1 to 5 carbon atoms polyfluoroalkoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom, -NX 2 X 3 (X 2 and X 3 are each independently a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), and -NY 2 CONY 3 Y 4 (Y 2 to Y 4 are each independently an atom or group selected from a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms).
本発明では、ジスルホン酸エステルとして一般式(2)で示される化合物を電解液中に添加することにより、より高いエネルギー密度を有し、より優れたサイクル特性を得ることができる。 In the present invention, by adding the compound represented by the general formula (2) as a disulfonic acid ester to the electrolytic solution, it has a higher energy density and can obtain better cycle characteristics.
前記一般式(2)のR1及びR4の好ましい分子構造としては、電極上でおこる反応性皮膜の形成の容易性、化合物の安定性、取り扱いの容易性、溶媒への溶解性、化合物の合成の容易性、価格などの観点から、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子、及び−SO2X1(X1は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)から選ばれる原子又は基が好ましく、それぞれ独立して水素原子又は無置換の炭素数1〜5のアルキル基がより好ましく、水素原子又はメチル基がさらに好ましい。R1及びR4の特に好ましい形態としては、R1及びR4が水素原子の場合である。R1とR4が水素原子であると、二つのスルホニル基で挟まれたメチレン部位が活性化し、電極上での反応皮膜を形成しやすくなるためである。 Preferred molecular structures of R 1 and R 4 in the general formula (2) include ease of formation of a reactive film on the electrode, stability of the compound, ease of handling, solubility in a solvent, From the viewpoint of ease of synthesis, cost, etc., each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom, and —SO 2 X 1 (X 1 is a substituted or unsubstituted carbon atom having 1 to Atoms or groups selected from (5 alkyl groups), each independently preferably a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group. Particularly preferred embodiments of R 1 and R 4 is where R 1 and R 4 are hydrogen atoms. This is because when R 1 and R 4 are hydrogen atoms, the methylene moiety sandwiched between the two sulfonyl groups is activated and a reaction film on the electrode is easily formed.
また、R2及びR3において、化合物の安定性、化合物の合成の容易性、溶媒への溶解性、価格などの観点から、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフェノキシ基、水酸基、ハロゲン原子、及び−NX2X3(X2及びX3は、それぞれ独立して、水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基)、から選ばれる原子又は基が好ましく、それぞれ独立して、置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基、あるいは置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基がより好ましく、さらに好ましくはR2とR3のどちらか一方又は両方が置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基である。また、同様の理由から、上記置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルキル基としてはメチル基又はエチル基が良く、上記置換もしくは無置換の炭素数1〜5のアルコキシ基としてはメトキシ基又はエトキシ基が良い。
下記に、一般式(2)で示される化合物の代表例を具体的に例示するがこれらに限定されるものではない。また、下記化合物は単独で、又は複数種を組み合わせて用いても良い。
In R 2 and R 3 , from the viewpoints of stability of the compound, ease of synthesis of the compound, solubility in a solvent, price, and the like, each independently, a substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 5 carbon atoms. A group, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, a substituted or unsubstituted phenoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom, and —NX 2 X 3 (X 2 and X 3 are each independently a hydrogen atom; Or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or substituted or unsubstituted. The alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable, and one or both of R 2 and R 3 are more preferably substituted or unsubstituted alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms. For the same reason, the substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferably a methyl group or ethyl group, and the substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms is a methoxy group or An ethoxy group is preferable.
Specific examples of the compound represented by the general formula (2) are specifically illustrated below, but are not limited thereto. In addition, the following compounds may be used alone or in combination of two or more.
なお、電解液中にはジスルホン酸エステルとして、一般式(1)の化合物のみが含まれていても、一般式(2)の化合物のみが含まれていても、一般式(1)及び(2)の化合物が含まれていても良い。 In addition, even if only the compound of General formula (1) is contained as a disulfonic acid ester in the electrolyte solution, or only the compound of General formula (2) is contained, General formula (1) and (2 ) May be included.
一般式(1)及び(2)に示す化合物は、例えば、米国特許第4950768号明細書、特公平5−44946号公報に記載された製造方法を用いて得ることができる。一般式(1)及び(2)の化合物の総量の、二次電池用電解液中の割合は特に限定されないが、電解液全体に対して0.005〜10質量%、含まれることが好ましい。一般式(1)及び(2)で示される化合物の濃度を0.005質量%以上とすることにより、十分な皮膜効果を得ることができる。より好ましくは0.01質量%以上、添加することによって電池特性をさらに向上させることができる。また、10質量%以下とすることにより、電解液の粘性の上昇、及びこれに伴う抵抗の増加を抑制することができる。より好ましくは5質量%以下、添加することによって電池特性をさらに向上させることができる。 The compounds represented by the general formulas (1) and (2) can be obtained, for example, using the production methods described in US Pat. No. 4,950,768 and JP-B-5-44946. The ratio of the total amount of the compounds of the general formulas (1) and (2) in the secondary battery electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.005 to 10% by mass with respect to the entire electrolyte solution. By setting the concentration of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) to 0.005% by mass or more, a sufficient film effect can be obtained. The battery characteristics can be further improved by adding 0.01% by mass or more. Moreover, by setting it as 10 mass% or less, the raise of the viscosity of electrolyte solution and the increase in resistance accompanying this can be suppressed. The battery characteristics can be further improved by adding 5% by mass or less.
二次電池用電解液は、非プロトン性溶媒中に少なくともジスルホン酸エステルを添加することにより得られたものであり、非プロトン性溶媒に添加前のジスルホン酸エステルの水分含有量が、300ppm未満であることが好ましい。このように電解液に添加前のジスルホン酸エステルの水分含有量が300ppm未満であることによって、ジスルホン酸エステル中の水分とエステル結合との反応を効果的に抑制することができる。この結果、HFが発生しにくくなり、このHFとジスルホン酸エステルのエステル結合との反応、及びこの反応生成物によるイオン導電性の低下などが起こらない。また、優れた保存特性及びサイクル特性を有して抵抗上昇を抑制した二次電池を提供することができる。 The electrolyte solution for a secondary battery is obtained by adding at least a disulfonic acid ester to an aprotic solvent, and the water content of the disulfonic acid ester before addition to the aprotic solvent is less than 300 ppm. Preferably there is. Thus, when the water content of the disulfonic acid ester before addition to the electrolytic solution is less than 300 ppm, the reaction between the water in the disulfonic acid ester and the ester bond can be effectively suppressed. As a result, HF is less likely to be generated, and the reaction between the HF and the ester bond of the disulfonic acid ester and the decrease in ionic conductivity due to the reaction product do not occur. In addition, it is possible to provide a secondary battery that has excellent storage characteristics and cycle characteristics and suppresses an increase in resistance.
二次電池用電解液中に含有される非プロトン性溶媒は、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、環状エーテル類、鎖状エーテル類及びこれらのフッ化誘導体からなる群より選択された少なくとも1種類の有機溶媒であることが好ましい。 The aprotic solvent contained in the secondary battery electrolyte includes cyclic carbonates, chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, γ-lactones, cyclic ethers, chain ethers, and their fluorine. Preferably, the organic solvent is at least one organic solvent selected from the group consisting of fluorinated derivatives.
この非プロトン性溶媒としては具体的に、下記の物質を使用できる。
プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類、
ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類、
ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類、
γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、
1,2−エトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)等の鎖状エーテル類、
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、
ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、N−メチルピロリドン、フッ素化カルボン酸エステル、メチル−2,2,2−トリフルオロエチルカーボネート、メチル−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、モノフルオロメチルエチレンカーボネート、ジフルオロメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、モノフルオロエチレンカーボネート
これらの非プロトン性溶媒は、一種又は二種以上を混合して使用することができる。
Specifically, the following substances can be used as the aprotic solvent.
Cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC),
Chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate (DPC),
Aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl propionate,
γ-lactones such as γ-butyrolactone,
Chain ethers such as 1,2-ethoxyethane (DEE) and ethoxymethoxyethane (EME);
Cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran,
Dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, acetonitrile, propyl nitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl- 2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ethyl ether, N-methylpyrrolidone, fluorinated carboxylic acid ester, methyl-2,2,2-trifluoroethyl carbonate, methyl- 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl carbonate, trifluoromethyl ethylene carbonate, monofluoromethyl ethylene carbonate, difluoromethyl ethylene Carbonate, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, monofluoroethylene carbonate These aprotic solvents may be used by mixing one or two or more.
二次電池用電解液は、更にスルホニル化合物を含有することが好ましい。二次電池用電解液中にスルホニル化合物を含むことにより、溶媒分子の分解をよりいっそう、抑制することができる。このスルホニル化合物としては具体的に、スルホラン、1,3−プロパンスルトンや1,4−ブタンスルトン、アルカンスルホン酸無水物(特開平10−189041号公報等に記載)、γ−スルトン化合物(特開2000−235866号公報等に記載)、スルホレン誘導体(特開2000−294278号公報等に記載)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 It is preferable that the electrolyte solution for secondary batteries further contains a sulfonyl compound. By including a sulfonyl compound in the electrolyte solution for a secondary battery, it is possible to further suppress the decomposition of the solvent molecules. Specific examples of the sulfonyl compound include sulfolane, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, alkane sulfonic acid anhydride (described in JP-A-10-189041, etc.), and γ-sultone compound (JP-A 2000). -Described in JP-A No. 235866), sulfolene derivatives (described in JP-A No. 2000-294278, etc.) and the like, but are not limited thereto.
このスルホニル化合物を二次電池用電解液中に添加する場合、電解液に対して0.005質量%以上10質量%以下となるよう添加することが好ましい。0.005質量%以上とすることにより、負極表面に効果的に皮膜を形成することができる。より好ましくは0.01質量%以上とすることができる。また、好ましくは、10質量%以下とすることによりスルホニル化合物の溶解性が維持されると共に電解液の粘性上昇を抑制することができる。より好ましくは、5質量%以下とすることができる。 When adding this sulfonyl compound in the electrolyte solution for secondary batteries, it is preferable to add it so that it may become 0.005 mass% or more and 10 mass% or less with respect to electrolyte solution. By setting it as 0.005 mass% or more, a membrane | film | coat can be effectively formed in the negative electrode surface. More preferably, it can be 0.01 mass% or more. Preferably, the solubility of the sulfonyl compound is maintained and the increase in the viscosity of the electrolyte can be suppressed by setting the content to 10% by mass or less. More preferably, it can be 5 mass% or less.
また、二次電池用電解液中には、スルホニル基を有する化合物として、下記一般式(3)で示される化合物を含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the compound shown by following General formula (3) is included in the electrolyte solution for secondary batteries as a compound which has a sulfonyl group.
(但し、上記一般式(3)において、nは0以上2以下の整数である。また、R5〜R10は、それぞれ独立して水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜12のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のフルオロアルキル基、及び炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基、から選ばれる原子又は基を示す。)
上記一般式(3)で示される化合物おいて、化合物の安定性、化合物の合成の容易性、溶媒への溶解性、価格などの観点から、nは0又は1が好ましく、R5〜R10は、それぞれ独立して、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜12のアルキル基、及び炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基、から選ばれる原子又は基が好ましく、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基がより好ましい。さらに好ましくは、R5〜R10の全てが水素原子、又はR5〜R10の1つもしくは2つが炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基で他が水素原子である。上記の炭素数1〜5のポリフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基が好ましい。
(However, in the above general formula (3), n is 0 to 2 integer. Also, R 5 to R 10 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 12 carbon atoms An atom or group selected from a group, a substituted or unsubstituted fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a polyfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
In the compound represented by the general formula (3), n is preferably 0 or 1, from the viewpoint of stability of the compound, ease of synthesis of the compound, solubility in a solvent, price, and the like, and R 5 to R 10 Are preferably each independently an atom or group selected from a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms. A hydrogen atom or a polyfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable. More preferably, all of R 5 to R 10 are hydrogen atoms, or one or two of R 5 to R 10 are polyfluoroalkyl groups having 1 to 5 carbon atoms and the other is a hydrogen atom. As said C1-C5 polyfluoroalkyl group, a trifluoromethyl group is preferable.
一般式(1)及び(2)の化合物に加え、一般式(3)で示されるスルホニル基を有する化合物を加えることにより、電解液の粘度の調整が容易になる。また、スルホニル基を有する化合物を組み合わせて用いることに起因する相乗効果により、負極表面の皮膜の安定性を向上させることができる。更に、溶媒分子の分解を抑制して、電解液中の水分の除去効果を大きくすることができる。 In addition to the compounds of the general formulas (1) and (2), the viscosity of the electrolytic solution can be easily adjusted by adding the compound having a sulfonyl group represented by the general formula (3). Moreover, the stability of the film on the negative electrode surface can be improved by a synergistic effect resulting from the combined use of compounds having a sulfonyl group. Furthermore, decomposition of solvent molecules can be suppressed, and the effect of removing moisture in the electrolyte can be increased.
このように本発明の二次電池用電解液は、好ましくは非プロトン性溶媒中に、ジスルホ酸エステルとして一般式(1)及び(2)の化合物、及びスルホニル化合物、リチウム塩や他の添加物を溶解又は分散させることにより得ることができる。これら特性の異なる添加剤を電解液中に混合させることにより、負極表面に性質の異なる皮膜を形成させることができ電池特性の向上に有効である。 Thus, the electrolyte solution for a secondary battery of the present invention is preferably a compound of the general formulas (1) and (2), a sulfonyl compound, a lithium salt, or other additives as a disulfonate in an aprotic solvent. Can be obtained by dissolving or dispersing. By mixing these additives having different characteristics into the electrolyte, a film having different properties can be formed on the negative electrode surface, which is effective in improving battery characteristics.
一般式(3)の化合物を電解液中に添加する場合、その電解液中の含量は特に限定されるものではないが、電解液中に0.5質量%以上10.0質量%以下含まれることが好ましい。含有量が0.5質量%未満では電極表面での電気化学反応による皮膜形成に十分効果が発揮されない場合がある。また、含有量が10.0質量%を越えると電解液の粘性を大きくしてしまう場合がある。 When the compound of the general formula (3) is added to the electrolytic solution, the content in the electrolytic solution is not particularly limited, but is contained in the electrolytic solution in the range of 0.5% by mass to 10.0% by mass. It is preferable. If the content is less than 0.5% by mass, the effect may not be sufficiently exerted on the film formation by the electrochemical reaction on the electrode surface. Moreover, when content exceeds 10.0 mass%, the viscosity of electrolyte solution may be enlarged.
二次電池用電解液中には更に、電解質としてリチウム塩を含むことができる。リチウム塩を含むことにより、リチウムイオンを移動物質とすることができるため、電池特性を向上させることができる。このリチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6及びLiSbF6からなる群から選択された少なくとも一種のリチウム塩を使用することができる。これらのリチウム塩を使用することで、電気伝導率を高めることができ、二次電池の性能を向上させることができる。 The electrolyte for a secondary battery can further contain a lithium salt as an electrolyte. By including a lithium salt, lithium ions can be used as a mobile substance, so that battery characteristics can be improved. As the lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6 and at least one lithium salt selected from the group consisting of LiSbF 6 can be used. By using these lithium salts, the electrical conductivity can be increased and the performance of the secondary battery can be improved.
(負極)
本発明の負極中に用いる負極活物質としては、リチウムを吸蔵、放出できる材料、リチウム金属、及びリチウムと合金を形成することが可能な金属材料からなる群より選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
(Negative electrode)
The negative electrode active material used in the negative electrode of the present invention includes at least one selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium, lithium metal, and a metal material capable of forming an alloy with lithium. Is preferred.
このリチウムイオンを吸蔵、放出できる材料としては、炭素又は酸化物を用いることができるが、炭素を用いることが好ましい。この炭素材料としては、リチウムを吸蔵する黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブや、これらの材料の複合酸化物を用いることができる。これらの材料のうち、炭素として黒鉛又は非晶質炭素を用いることが好ましい。黒鉛は電子伝導性が高く、銅などの金属からなる集電体との接着性と電圧平坦性が優れている。また、高い処理温度によって形成されるため含有不純物が少なく負極性能の向上に有利であるため、負極活物質として使用することが好ましい。 As a material capable of inserting and extracting lithium ions, carbon or an oxide can be used, but carbon is preferably used. As this carbon material, graphite, amorphous carbon, diamond-like carbon, carbon nanotubes, and composite oxides of these materials that occlude lithium can be used. Of these materials, it is preferable to use graphite or amorphous carbon as carbon. Graphite has high electron conductivity, and is excellent in adhesion to a current collector made of a metal such as copper and voltage flatness. Further, since it is formed at a high processing temperature and contains few impurities, it is advantageous for improving the negative electrode performance. Therefore, it is preferably used as a negative electrode active material.
また、酸化物としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、及びこれらの複合物からなる群から選択された少なくとも一種の酸化物を用いることが好ましい。また、酸化シリコンを用いることがより好ましい。この理由は、酸化シリコンが安定で他の化合物との反応を引き起こさないためである。また、酸化シリコンは、アモルファス状態であることが好ましい。この理由は、アモルファス構造が結晶粒界、欠陥といった不均一性に起因する劣化を導かないためである。酸化物の成膜方法としては、蒸着法、CVD法、スパッタリング法などの方法を用いることができる。 As the oxide, it is preferable to use at least one oxide selected from the group consisting of silicon oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, and a composite thereof. It is more preferable to use silicon oxide. This is because silicon oxide is stable and does not cause reaction with other compounds. Further, the silicon oxide is preferably in an amorphous state. This is because the amorphous structure does not lead to deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects. As an oxide film formation method, a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, or the like can be used.
リチウム合金は、リチウム及びリチウムと合金を形成可能な金属により構成される。例えば、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、Laなどの金属とリチウムとの2元又は3元以上の合金により構成される。リチウム金属及びリチウム合金としては、特にアモルファス構造のものが好ましい。この理由は、アモルファス構造により結晶粒界、欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくいためである。 The lithium alloy is composed of lithium and a metal capable of forming an alloy with lithium. For example, it is composed of a binary or ternary alloy of metal such as Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La and lithium. . As the lithium metal and lithium alloy, those having an amorphous structure are particularly preferable. This is because the amorphous structure hardly causes deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects.
このリチウム金属及びリチウム合金は、融液冷却方式、液体急冷方式、アトマイズ方式、真空蒸着方式、スパッタリング方式、プラズマCVD方式、光CVD方式、熱CVD方式、ゾルーゲル方式、など適宜な方式で形成することができる。 The lithium metal and lithium alloy should be formed by an appropriate method such as a melt cooling method, a liquid quenching method, an atomizing method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a plasma CVD method, a photo CVD method, a thermal CVD method, a sol-gel method, etc. Can do.
また、二次電池用電解液中には遷移金属カチオンとイミドアニオンからなる錯体を存在させることが好ましい。負極と二次電池用電解液との界面に遷移金属カチオンとイミドアニオンからなる錯体を存在させることにより、負極は金属、合金相の体積変化に対する柔軟性、イオン分布の均一性、物理的・化学的安定性に優れたものとすることができる。この結果、デンドライト生成やリチウムの微粉化を効果的に防止することができ、サイクル効率と寿命が向上する。 Moreover, it is preferable that the complex which consists of a transition metal cation and an imide anion exists in the electrolyte solution for secondary batteries. By making the complex of transition metal cation and imide anion present at the interface between the negative electrode and the electrolyte for secondary batteries, the negative electrode is flexible with respect to volume change of metal and alloy phases, uniformity of ion distribution, physical / chemical Excellent in mechanical stability. As a result, dendrite formation and lithium atomization can be effectively prevented, and cycle efficiency and life are improved.
また、負極として炭素材料や酸化物材料を用いたときにその表面に存在するダングリングボンドは化学的活性が高く、容易に溶媒を分解させることになる。この表面に、遷移金属カチオンとイミドアニオンからなる錯体を吸着させることによって、溶媒の分解が抑制され、不可逆容量が大きく減少するため、充放電効率を高く維持することができる。 In addition, when a carbon material or an oxide material is used as the negative electrode, dangling bonds existing on the surface have high chemical activity, and the solvent is easily decomposed. By adsorbing a complex composed of a transition metal cation and an imide anion on this surface, the decomposition of the solvent is suppressed and the irreversible capacity is greatly reduced, so that the charge / discharge efficiency can be kept high.
さらに、皮膜が壊れた際には、その壊れた箇所において、負極表面のリチウムと負極表面に吸着したイミドアニオンとの反応性生物であるフッ化リチウムが、皮膜を修復する機能を有しており、皮膜が破壊された後においても、安定な表面化合物の生成を導く効果を有している。
また、この負極用の集電体としては銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン又はこれらの合金を用いることができる。
Furthermore, when the film breaks, lithium fluoride, which is a reactive product of lithium on the negative electrode surface and imide anion adsorbed on the negative electrode surface, has a function of repairing the film at the broken point. Even after the film is broken, it has the effect of leading to the formation of a stable surface compound.
Moreover, copper, stainless steel, nickel, titanium, or alloys thereof can be used as the current collector for the negative electrode.
(ジスルホン酸エステルの作成)
二次電池用電解液中に添加するジスルホン酸エステルとして、化合物No.2で表される化合物を使用した。この化合物No.2のジスルホン酸エステルは、特許文献5に記載の方法に従って合成した。そして、合成後、得られた粗成生物を、ヘキサン:酢酸エチル=1:1(体積比)の混合溶媒を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて精製した。このようにして得られた化合物No.2のジスルホン酸エステルの水分量をカールフィッシャー法によって測定したところ、3000ppmであった。次に、このジスルホン酸エステルを40℃、減圧下で12時間乾燥後の水分量は500ppm、18時間乾燥後の水分量は300ppm、24時間乾燥後の水分量は250ppmとなった。以下の実施例では、上記何れかの水分量の化合物No.2(ジスルホン酸エステル)を用いた。
(Creation of disulfonic acid ester)
As a disulfonic acid ester to be added to the electrolytic solution for a secondary battery, Compound No. The compound represented by 2 was used. This compound no. The disulfonic acid ester 2 was synthesized according to the method described in Patent Document 5. After the synthesis, the resulting crude product was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of hexane: ethyl acetate = 1: 1 (volume ratio). Thus obtained compound No. When the water content of the disulfonic acid ester No. 2 was measured by the Karl Fischer method, it was 3000 ppm. Next, the moisture content after drying this disulfonic acid ester at 40 ° C. under reduced pressure for 12 hours was 500 ppm, the moisture content after drying for 18 hours was 300 ppm, and the moisture content after drying for 24 hours was 250 ppm. In the following examples, compound No. 1 having any one of the above water contents is used. 2 (disulfonic acid ester) was used.
(リチウム・ニッケル複合酸化物の作成)
リチウム・ニッケル複合酸化物としては、Li1.02Ni0.8Co0.15Al0.05O2を用いた。このリチウム・ニッケル複合酸化物を製造する際にはまず、出発原料として、水酸化リチウムと、(Ni0.8Co0.15Al0.05)水酸化物を使用した。これらの出発原料を、モル比が[LiOH]/[Ni0.8Co0.15Al0.05]=1.02/1、となるように混合した。次に、得られた混合粉を酸素中、750℃で焼成した。この時の比表面積は0.6m2/gであった。また、このように焼成したリチウム・ニッケル複合酸化物の水分含有量は、150ppmであり、不活性ガス中で6ヶ月保管した所、水分含有量は250ppmとなった。この水分含有量250ppmのリチウム・ニッケル複合酸化物を、以下の実施例で用いた。
(Creation of lithium / nickel composite oxide)
Li 1.02 Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was used as the lithium / nickel composite oxide. When this lithium-nickel composite oxide was produced, lithium hydroxide and (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ) hydroxide were used as starting materials. These starting materials were mixed so that the molar ratio was [LiOH] / [Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ] = 1.02 / 1. Next, the obtained mixed powder was fired at 750 ° C. in oxygen. The specific surface area at this time was 0.6 m 2 / g. Moreover, the water content of the lithium / nickel composite oxide thus fired was 150 ppm, and the water content was 250 ppm when stored in an inert gas for 6 months. This lithium / nickel composite oxide having a water content of 250 ppm was used in the following examples.
(実施例1)
電池の作製
正極活物質として、上記のようにして作成したLi1.02Ni0.8Co0.15Al0.05O2用いた。この正極活物質をカーボンからなる導電性付与剤と乾式混合し、バインダーであるPVdFを溶解させたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に均一に分散させ、スラリーとした。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム金属箔上に塗布後、NMPを蒸発させ、正極活物質を含有する正極シートを作製した。この際、正極中の固形分比率は重量パーセントで、リチウム・ニッケル複合酸化物:導電性付与剤:PVdF=89:7:4とした。
Example 1
Li 1.02 Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 prepared as described above was used as the positive electrode active material of the battery . This positive electrode active material was dry-mixed with a conductivity imparting agent made of carbon, and uniformly dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in which PVdF as a binder was dissolved to obtain a slurry. After applying this slurry on an aluminum metal foil having a thickness of 20 μm, NMP was evaporated to prepare a positive electrode sheet containing a positive electrode active material. At this time, the solid content ratio in the positive electrode was weight percent, and lithium / nickel composite oxide: conductivity imparting agent: PVdF = 89: 7: 4.
次に、負極活物質として非晶質炭素を用い、バインダーであるPVdFを溶解させたNMP中に均一に分散させスラリーを作製し、そのスラリーを厚さ15μmの銅箔上に塗布した。この後、NMPを蒸発させることによって負極シートを作製した。この際、負極中の固形分比率は重量パーセントで非晶質炭素:PVdF=90:10とした。 Next, amorphous carbon was used as the negative electrode active material, and a slurry was uniformly dispersed in NMP in which PVdF as a binder was dissolved. The slurry was applied on a copper foil having a thickness of 15 μm. Then, the negative electrode sheet was produced by evaporating NMP. At this time, the solid content ratio in the negative electrode was set to amorphous carbon: PVdF = 90: 10 in weight percent.
また、二次電池用電解液用の非プロトン性溶媒としてECとDECの混合溶媒(体積比:30/70)を用い、電解質としてLiPF6を1mol/L中に溶解させ、さらに上記のようにして作成した水分含有量250ppmの化合物No.2のジスルホン酸エステルを、電解液中に1質量%含まれるように加えた。そして、負極と正極とをポリエチレンからなるセパレータを介して積層させて、本実施例の二次電池を作製した。 Further, a mixed solvent of EC and DEC (volume ratio: 30/70) is used as an aprotic solvent for the electrolyte solution for the secondary battery, LiPF 6 is dissolved in 1 mol / L as an electrolyte, and further as described above. Compound No. 2 prepared with a water content of 250 ppm. 2 disulfonic acid ester was added so that 1 mass% might be contained in electrolyte solution. And the negative electrode and the positive electrode were laminated | stacked through the separator which consists of polyethylene, and the secondary battery of a present Example was produced.
電池特性評価試験
上記のようにして得られた二次電池を一旦、充電し、放電深度50%まで放電した状態で60℃の恒温槽に入れて1ヶ月、放置した。放置後、室温に戻してから放電し、充電を行い電池の抵抗を測定してから2回目の放電を行った。2回目の放電容量を回復容量とした。
Battery Characteristic Evaluation Test The secondary battery obtained as described above was once charged, placed in a constant temperature bath at 60 ° C. in a state where it was discharged to a discharge depth of 50%, and left for one month. After leaving it to stand, it was discharged after returning to room temperature, and after charging and measuring the resistance of the battery, a second discharge was performed. The second discharge capacity was taken as the recovery capacity.
また、温度20℃において、充電レート0.05C、放電レート0.1C、充電終止電圧4.2V、放電終止電圧3.0Vでサイクル試験を行った。容量維持率(%)は400サイクル後の放電容量(mAh)を、10サイクル目の放電容量(mAh)で割った値である。これらの結果を表1に示す。 Further, at a temperature of 20 ° C., a cycle test was performed at a charge rate of 0.05 C, a discharge rate of 0.1 C, a charge end voltage of 4.2 V, and a discharge end voltage of 3.0 V. The capacity retention rate (%) is a value obtained by dividing the discharge capacity (mAh) after 400 cycles by the discharge capacity (mAh) at the 10th cycle. These results are shown in Table 1.
(実施例2)
上記ジスルホン酸エステルの作成例において、減圧乾燥を行わずに得られた水分含有量が3000ppmの化合物No.2のジスルホン酸エステルを、電解液中に添加した。これ以外は実施例1と同様にして二次電池を作製し、実施例1と同様の評価を行った。この結果を表1に示す。
(Example 2)
In the preparation example of the disulfonic acid ester, the compound No. 1 having a water content of 3000 ppm obtained without drying under reduced pressure was used. Two disulfonic acid esters were added into the electrolyte. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
水分含有量を300ppmに調節したリチウム・ニッケル複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製し、実施例1と同様の評価を行った。この結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a lithium / nickel composite oxide having a water content adjusted to 300 ppm was used, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(比較例2)
水分含有量を1500ppmに調節したリチウム・ニッケル複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして二次電池を作製し、実施例1と同様の評価を行った。この結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a lithium / nickel composite oxide having a moisture content adjusted to 1500 ppm was used, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
表1に示されるように、リチウム・ニッケル複合酸化物の水分含有量が300ppm以上の場合、容量回復率が約89%以下と極端に減少し、抵抗上昇倍率やサイクル容量維持率も悪化していることが分かる。 As shown in Table 1, when the water content of the lithium / nickel composite oxide is 300 ppm or more, the capacity recovery rate is extremely reduced to about 89% or less, and the resistance increase ratio and cycle capacity maintenance rate are also deteriorated. I understand that.
11 正極集電体
12 正極活物質を含有する層
13 負極活物質を含有する層
14 負極集電体
15 非水電解液
16 多孔質セパレータ
11 Positive
Claims (12)
負極と、
少なくとも非プロトン性溶媒と、ジスルホン酸エステルと、を含む二次電池用電解液と、
を備えた二次電池。 A positive electrode obtained by applying a slurry containing a lithium / nickel composite oxide having a water content of less than 300 ppm as a positive electrode active material and a solvent on a positive electrode current collector, and then drying to remove the solvent; ,
A negative electrode,
An electrolyte solution for a secondary battery containing at least an aprotic solvent and a disulfonic acid ester;
Secondary battery equipped with.
非プロトン性溶媒に添加前の前記ジスルホン酸エステルの水分含有量が、300ppm未満であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の二次電池。 The electrolyte solution for a secondary battery is obtained by adding at least a disulfonic acid ester in an aprotic solvent,
The secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein a moisture content of the disulfonic acid ester before being added to the aprotic solvent is less than 300 ppm.
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